DE68913348T2

DE68913348T2 - Verfahren zum Verkürzen der Formgebungstaktzeit.

Info

Publication number: DE68913348T2
Application number: DE68913348T
Authority: DE
Inventors: Paul Isaiah Douglas
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1988-05-23
Filing date: 1989-05-19
Publication date: 1994-06-01
Anticipated expiration: 2009-05-20
Also published as: US4880583A; CA1323165C; EP0343736A2; DE68913348D1; ES2050781T3; EP0343736A3; KR900017748A; JPH0220310A; EP0343736B1; KR970011569B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verkürzen der Kreislaufzeit bei der Formung von faserverstärkten wärmegehärteten Gegenständen.
Verschiedene Formungsverfahren sind in den Kapiteln 4 und 5 des Buches Handbook of Reinforced Plastics, Society of the Plastics Industry, Inc., copyright 1964, veröffentlicht durch die Reinhold Publishing Corporation, Library of Congress Catalog Card Nr. 64-15205 diskutiert. Immer wenn Kontaktformung, Beutelformung bzw. Schlauchbeutelformung oder ähnliche Arbeitsweisen angewendet werden, um Herstellungsgegenstände herzustellen, die aus faserverstärkten Harzen gebildet sind, sind Einzelgesenkformen typisch erforderlich.
Um diese Gegenstände wirtschaftlich herzustellen unter Verwendung irgendeiner Art einer Form, muß die Rate der Gegenstandsherstellung maximiert werden, um die schnelle Wiedergewinnung der Kapitalkosten zu ermöglichen, die mit dem Kauf der Form in Verbindung stehen. Die Formkreislaufzeit muß minimiert werden.
In dem Fall eines Gegenstandes, der Fasern oder Fäden in der wärmegehärteten Zusammensetzung enthält, ist es erwünscht, diese Materialien schnell zu benetzen. Im Falle eines Gegenstandes, der einen vorgeformten Teil aus einer Faserverstärkung aufweist, ist es erwünscht, daß die wärmehärtende Harzzusammensetzung alle inneren Räume und Zwischenräume in der Fasermasse schnell flutet bzw. ausfüllt derart, daß die Aushärtezeit des Harzes auf einem Minimum gehalten werden kann.
Es ist daher erforderlich, ein Verfahren hierfür zu entwickeln, welches schnelles Fließen des Harzes in die Form ermöglicht und welches schnelles Benetzen der Fasern ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Formen eines wärmegehärteten Herstellungsgegenstandes, umfassend die Schritte des
- Schaffens einer Form, die eine Fläche hat, wobei die Formfläche wenigstens eine in ihr nach unten gebildete Öffnung hat,
- Anordnens einer Einrichtung mit einem durch Wärme wiederherstellbaren Teil in der Öffnung, wobei die Einrichtung mit diesem Teil zuvor aus einer ausgedehnten ersten Konfiguration zu einer zweiten Konfiguration verformt worden ist und die Einrichtung mit dem Teil, wenn sie einer zweckentsprechenden Wiederherstellungstemperatur unterworfen wird, in der Lage ist, ihre ausgedehnte erste Konfiguration wiederherzustellen oder sich in Richtung gegen diese wiederherzustellen, wodurch die zweite Konfiguration eine Öffnung bestimmt, um das Fließen einer wärmehärtenden Harzzusammensetzung durch die Öffnung hindurch in die Form zu ermöglichen,
- Einsetzens eines vorgeformten Teils aus einer Faserverstärkung in die Form,
- Schließens der Form
- Fließenlassens der wärmehärtenden Harzzusammensetzung in die Form,
- Erhitzens der Einrichtung mit dem durch Wärme wiederherstellbaren Teil, um die Einrichtung mit dem durch Wärme wiederherstellbaren Teil auszudehnen, um die erste Konfiguration zu erhalten und eine Fläche zu bilden, die mit der Formfläche fluchtet,
- Haltens der wärmehärtenden Zusammensetzung in der Form während einer Periode, die ausreichend ist, um den Herstellungsgegenstand zu stabilisieren,
- Öffnens der Form und Herausnehmens des Gegenstandes aus der Form.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden Detailbeschreibung ersichtlich, in welcher Bezug genommen wird auf die Fig. 1 und 2.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung in Seitenansicht und als Teilquerschnitt, wobei die Einrichtung mit dem verformbaren Teil in der Öffnung angeordnet ist, die in dem Formquerschnitt nach unten bestimmt ist.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung in Seitenansicht und als Teilquerschnitt des gleichen Teils, der nunmehr eine Öffnung für das Fließen einer wärmehärtenden Harzzusammensetzung in den vorgeformten Teil aus Faserverstärkung bildet.
In den Fig. 1 und 2 stellen 11 und 12 den oberen bzw. den unteren Teil einer Form dar und 13 stellt einen vorgeformten Teil aus Faserverstärkung dar.
Es ist ersichtlich, daß die Form eine Fläche 14 aufweist, in welcher wenigstens eine Öffnung 15 nach unten bestimmt ist. Die Fläche 14 der Form stimmt vorzugsweise mit der unteren Fläche des vorgeformten Teils aus Faserverstärkung überein. Die Öffnung 15 kann in Form einer Längsnut oder eines solchen Kanals verkörpert sein, die bzw. der in den Figuren im Querschnitt dargestellt ist. Mehr als eine Öffnung kann in der unteren Formfläche vorhanden sein. Auf die Form wird in allgemeinem Sinn Bezug genommen, worunter zu verstehen ist, daß sie Gebilde umfaßt, die bei Vakuumbeutelformung, Druckbeutelformung, Autoklavenformung, Vakuumeinspritzformung, Cable Clave-Formung o.dgl. verwendet werden.
Eine Einrichtung 16 mit einem verformbaren Teil, die in der Öffnung 15 angeordnet ist, weist in der ersten Konfigureation ein Rohr bzw. einen Schlauch auf, das bzw. der genau in die Nut oder den Kanal paßt, so daß es bzw. er eine obere Fläche bildet, die mit der Fläche der Form fluchtet.
Die Einrichtung 16 bzw. die Mittel 16 mit dem verformbaren Teil sind über nicht dargestellte Mittel mit einer Einrichtung zum Zuführen von Wärme zu der Einrichtung 16 verbunden.
Fig. 2 zeigt die Einrichtung 16 in der zweiten Konfiguration. Eine Öffnung 17 ist geschaffen, durch welche hindurch eine wärmehärtende Harzzusammensetzung in das Innenvolumen der Form zugeführt werden kann, um das freie Volumen des vorgeformten Teils aus Faserverstärkung zu füllen. Ein Erhitzen des Teils 16 bewirkt eine Ausdehnung seiner oberen Fläche 18 zu einer Position, die mit der Formfläche 14 fluchtet. Demgemäß wird die Öffnung 17 geschlossen und kein weiteres wärmehärtendes Harz kann dem Inneren der Form zugeführt werden.
Zweckentsprechende wärmehärtende Harze sind ausgewählt aus Polyesterharzen, Phenolharzen, Vinylesterharzen, Epoxyharzen, Polyurethanharzen, Polyisocyanuratharzen, Urethanharzen und Polyamidharzen.
Die vorgeformte Faserverstärkung kann Glasfaser, Stoff, Band, gewebte Lunte oder irgendeine andere Kollektion von Fasern, Stoff oder Material aufweisen, welches dazu verwendet wird, das Harz zu verstärken. Die Vorformung für den engen Sitz im Innenvolumen der Form kann ausgeführt werden durch irgendein bekanntes Verfahren, wobei Komprimieren bevorzugt wird. Das Fließen des wärmehärtenden Harzes unter gewisse Teile des Fadenteiles beschleunigt die Zufuhr von Harz zu dem Fadenteil, wodurch eine Verkürzung der Formungskreislaufzeit ermöglicht ist.
Die Form kann wenigstens eine Einspritzöffnung für wärmehärtendes Harz aufweisen, die typisch zentral in dem Bereich der unteren Fläche der Form angeordnet ist. Um die schnelle Zufuhr des Harzes über einen relativ großen Abschnitt des Bereiches der unteren Formfläche zu ermöglichen, erstrecken sich die Öffnungen 15 vorzugsweise von der Öffnung weg radial nach außen. Es sollte gut erkannt werden, daß viele andere Fließmuster verwendet werden können, um das gleiche mechanische Ergebnis zu erzielen. Beispielsweise können die Öffnungen 15 eine relativ große Reihe von linearen parallelen Fließkanälen aufweisen, die über den Bereich der unteren Fläche der Form gleichmäßig verteilt sind.
In der vorliegenden Beschreibung ist die Einrichtung mit einem durch Wärme wiederherstellbaren Teil zu verstehen als ein polymerer oder metallener Gegenstand, der von einer ersten Konfiguration zu einer zweiten Konfiguration verformt worden ist und der einzig dadurch, daß er einer zweckentsprechenden Temperatur unterworfen wird, das Bestreben hat, seine erste Konfiguration wiederherzustellen bzw. wiedereinzunehmen oder sich in Richtung auf diese erste Konfiguration wiederherzustellen.
Polymere Gegenstände können in die Lage versetzt werden, durch Wärme wiederherstellbar gemacht zu werden durch beispielsweise Vernetzung mit Bestrahlung mit Betastrahlen oder Gammastrahlen oder durch chemische Mittel oder durch eine Kombination davon. Beispiele von durch Wärme wiederherstellbare Gegenstände können in der US-A-2 027 962 und GB-A-1 529 351 gefunden werden.
Besonders nützliche Materialien umfassen beispielsweise die Olefinpolymere, von denen Polyäthylen hoher Dichte, Polybuten-1, Poly-4-methylpenten und fluorierte Polyolefine beispielsweise, Äthylentrifluorchloräthylen-Copolymere und Vinylidenfluoridpolymere, insbesondere pvf&sub2; und Gemische davon, von denen die Gemische von fluorierten Olefinen bevorzugt werden, wie sie in der GB-A-1 120 131 beschrieben und beansprucht sind, und Polyester, beispielsweise Polyäthylenterephthalat, Polytetramethylenterephthalat beispielsweise ein solches, welches behandelt worden ist, wie es in der DE-A-2 448 414 oder der GB-A-1 486 207 beschrieben und beansprucht ist, Polyamide, Polyphenyloxide und -sulfide, Gemische aus Polyäthylenoxid mit Styrol-Siliziumcarbonatblockcopolymeren, Polyarylsulfone, Polyäthersulfone, Polycarbonate, insbesondere solche, die von Bis-phenyl-A-Polyamiden abgeleitet sind, speziell solche, wie sie in der GB-A-1 287 932 beschrieben und beansprucht sind, Epoxyharze und Gemische aus einem oder mehreren der oben genannten polymeren Materialien entweder miteinander oder mit anderen polymeren Materialien.
Diesen Materialien können irgendwelche übliche Additive zugegeben werden beispielsweise Antioxidantien, Flammenverzögerungsmittel, Verstärkungsfüllstoffe, Vernetzungsmittel, Pigmente, Fungizide u.dgl. sein. Als Verstärkungsfüllmaterialien können speziell Glasfasern erwähnt werden.
Von den Metallen, die in der Lage sind, durch Wärme wiederherstellbar gemacht zu werden, können, wie in der GB-A- 2 090 076 beschrieben, "Memory metals" erwähnt werden, die manchmal auch "Memory Alloys" (Legierungen mit Formgedächtnis) genannt werden und die metallene Materialien sind, die Änderungen der Festigkeit und der Konfigurationscharakteristiken zeigen beim Hindurchgehen durch eine Übergangstemperatur, in den meisten Fällen die Übergangstemperatur zwischen dem martensitischen und dem austenitischen Zustand, und die verwendet werden können, um durch Wärme wiederherstellbare Gegenstände herzustellen durch Verformung eines Gegenstandes, der aus ihnen gebildet ist, während das Metall sich in seinem martensitischen Niedrigtemperaturzustand befindet. Der Gegenstand behält seine verformte Konfiguration bei, bis er auf eine Temperatur oberhalb der Übergangstemperatur zum austenitischen Zustand erwärmt worden ist, wenn er seine ursprüngliche Konfiguration wieder annehmen will oder versucht, diese wieder anzunehmen. Es ist zu verstehen, daß der durch Wärme wiederherstellbare Gegenstand in der Lage ist, sich in Richtung gegen seine ursprüngliche Konfiguration wiederherzustellen ohne weiteres Anlegen äußerer Kraft. Die Verformung, die dazu verwendet wird, das Material in die wärmeinstabile Konfiguration zu bringen, wird üblicherweise bezeichnet als durch Wärme wiedergewinnbare oder wiederherstellbare plastische Verformung, und sie kann in gewissen Fällen auch erteilt werden durch das Einführen von Beanspruchungen in den Gegenstand oberhalb der Übergangstemperatur, woraufhin der Gegenstand die verformte Konfiguration beim Abkühlen unter die Übergangstemperatur annimmt. Es ist zu verstehen, daß die Übergangstemperatur ein Temperaturbereich sein kann und daß, da Hysterese üblicherweise auftritt, die genaue Temperatur, bei welcher der Übergang auftritt, davon abhängen kann, ob die Temperatur steigt oder fällt. Weiterhin ist die Übergangstemperatur eine Funktion anderer Parameter einschließlich der an das Material angelegten Beanspruchung, wobei die Temperatur sich mit erhöhter Beanspruchung erhöht.
Unter solchen Formgedächtnismetallen können speziell genannt werden verschiedene Legierungen von Titan und Nickel, die beispielsweise in den US-A-3 174 851, 3 351 463, 3 753 700, 3 759 552, GB-A-1 327 441 und 1 327 442 und in der NASA-Veröffentlichung SP 110, "55-Nitinol-The Alloy with a Memory, etc." (U.S. Government Printing Office, Washington, D.C. 1972) beschrieben sind. Die Eigenschaft der Wiederherstellung durch Wärme ist jedoch nicht einzig begrenzt auf solche Titan-Nickel-Legierungen Demgemäß haben beispielsweise verschiedene Beta-Messinglegierungen diese Eigenschaft gezeigt, beispielsweise gemäß N. Nakanishi u.a., Scripta Metallurgica 5 433-440 (Pergamon Press 1971), US-A-3 783 037, 4 019 925, 4 144 104, 4 146 392, 4 166 739 und 4 035 007, und solche Materialen können dotiert werden, um ihre Übergangstemperatur auf kryogene Regime abzusenken, und zwar durch bekannte Techniken. In ähnlicher Weise haben 304-rostfreie Stähle solche Charakteristiken gezeigt, siehe E. Enami u.a., ebenda, auf S. 663-68.

Claims

Verfahren zum Formen eines wärmegehärteten Herstellungsgegenstandes, umfassend die Schritte des

-Schaffens einer Form, die eine Fläche hat, wobei die Formfläche wenigstens eine in ihr nach unten gebildete Öffnung hat,

-Anordnens einer Einrichtung mit einem durch Wärme wiederherstellbaren Teil in der Öffnung, wobei die Einrichtung mit diesem Teil zuvor aus einer ausgedehnten ersten Konfiguration zu einer zweiten Konfiguration verformt worden ist und die Einrichtung mit dem Teil, wenn sie einer zweckentsprechenden Wiederherstellungstemperatur unterworfen wird, in der Lage ist, ihre ausgedehnte erste Konfiguration wiederherzustellen oder sich in Richtung gegen diese wiederherzustellen, wodurch die zweite Konfiguration eine Öffnung bestimmt, um das Fließen einer wärmehärtenden Harzzusammensetzung durch die Öffnung hindurch in die Form zu ermöglichen,

-Einsetzens eines vorgeformten Teils aus einer Faserverstärkung in die Form,

-Schließens der Form

-Fließenlassens der wärmehärtenden Harzzusammensetzung in die Form,

-Erhitzens der Einrichtung mit dem durch Wärme wiederher stellbaren Teil, um die Einrichtung mit dem durch Wärme wiederherstellbaren Teil auszudehnen, um die erste Konfiguration zu erhalten und eine Fläche zu bilden, die mit der Formfläche fluchtet,

-Haltens der wärmehärtenden Zusammensetzung in der Form während einer Periode, die ausreichend ist, um den Herstellungsgegenstand zu stabilisieren,

- Öffnens der Form und Herausnehmens des Gegenstandes aus der Form.