Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zum Formen eines Vorformlings aus einem faserverstärkten
Verbundmaterial, das Kunstharzmaterial und in diesem
dispergierte, verstärkende Fasern aufweist&sub1; in eine
gewünschte Form.
Technischer Hintergrund
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Verbundmaterialien, die duroplastische oder
thermoplastische Kunstharze und in diesen gleichmäßig dispergierte,
verstärkende Fasern aufweisen, sind in den physikalischen
Eigenschaften (insbesondere der Zugfestigkeit und der
Stoßfestigkeit) überlegen; sie werden daher breit als
Plattenmaterialien, äußere Schichten, Behältermaterialien usw.
verwendet.
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Beim Formen von einem dieser Verbundmaterialien in eine
gewünschte Form wird dieses zuvor in eine bogenartige oder
agglomerierte Form gebracht (einschließlich einer
voluminösen oder blockartigen Form) (auf die sich im folgenden als
"Vorformling" bezogen wird); der Vorformling wird vor dem
Formen erwärmt. Das ist ein allgemein angewendetes
Formverfahren.
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Bogenartige Vorformlinge werden breit angewendet, da diese
darin vorteilhaft sind, daß sie in einfacher Weise
gleichmäßig erwärmt werden können und in der Preßformbarkeit
überlegen sind. Bei bogenartigen Vorformlingen werden
jedoch folgende Nachteile festgestellt:
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Es wurde ein Verfahren verwendet, bei dem
Kunstharzmaterial zu einem Bogen schmelzextrudiert wurde; die
Imprägnierung wird vorgenommen, während eine Glasfasermatte oder
Glasseide zwischen diesen Bogen schichtweise angeordnet
ist. Entsprechend diesem Verfahren kann jedoch während des
Betriebes ein Brechen der verstärkenden Fasern auftreten;
die Herstellungskosten sind hoch.
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Beim Formen (auf das sich im folgenden bisweilen als
"Sekundärformen" bezogen wird) eines bogenartigen
Vorformlings in eine gewünschte Warenform ist es notwendig, den
bogenartigen Vorformling entsprechend der gewunschten Form
zu schneiden, dann solche geschnittenen Vorformlinge
entsprechend der gewünschten Dicke auf eine Metallform zu
laminieren und das Laminat preßzuformen; die Formkosten sind
damit hoch.
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In letzter Zeit hat sich daher die Forderung nach
agglomerierten Vorformlingen allmählich erhöht.
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Bei agglomerierten Vorformlingen ist jedoch eine
beträchtliche Zeit erforderlich, um diese ohne Temperaturgradient
gleichmäßig bis ins Innere zu erwärmen, da die
agglomerierten Vorformlinge eine dicke Wand haben. Insbesondere wird
zum Erwärmen dieser agglomerierten Vorformlinge gewöhnlich
eine Infrarotheizeinrichtung, eine elektrische
Heizeinrichtung oder heiße Luft verwendet; alle diese Verfahren
bringen jedoch Wärme von außerhalb der Vorformling ein; somit
wird in den Vorformlingen ein Temperaturgradient von der
Außenflächenseite zum Mittelpunkt hin ausgebildet; bei zu
hoher Erwärmungsgeschwindigkeit nimmt, wenn die Temperatur
des mittleren Abschnitts eine angemessene
Verarbeitungstemperatur erreicht hat, der Außenumfangsabschnitt einen
überheizten Zustand an.
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Folglich kann zum Beispiel im Fall eines agglomerierten
Vorformlings unter Verwendung von thermoplastischem Harz
die Außenumfangsseite auf ein übermäßiges Maß erweicht
werden und verflüssigt werden oder es findet im Fall eines
agglomerierten Vorformlings unter Verwendung von
duroplastischem Harz das Sekundärhärten an der Außenumfangsseite
statt. In beiden Fällen wird die Formbarkeit merklich
verschlechtert.
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Um diese Probleme zu verhindern, ist es erforderlich, die
Erwärmungsgeschwindigkeit zu gering wie möglich zu machen
und dadurch den vorhergehenden Temperaturgradienten zu
minimieren; somit ist eine lange Zeitspanne erforderlich, um
die Temperatur auf die Formtemperatur zu erhöhen. Als
Ergebnis wird nicht nur die Produktivität von geschmolzenen
Produkten merklich verschlechtert, sondern es findet auch
im Fall eines agglomerierten Vorformlings, der
duroplastisches Harz verwendet, Sekundärhärten statt; die
Verarbeitbarkeit verschlechtert sich in dieser langen Zeitspanne.
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Die EP-A-0278363 offenbart ein Verfahren zum Formen eines
faserverstärkten Verbundmaterials, das Kunstharzmaterial
und in diesem dispergierte verstärkende Fasern aufweist,
wobei das Verfahren die Schritte aufweist: das Formen des
Verbundmaterials zu einem agglomerierten Vorformling, das
Erwärmen des Vorformlings von seinem Inneren her und das
Formen des erwärmten Vorformlings in eine gewünschte Form.
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf diese
Probleme getätigt; ihre Aufgabe besteht darin, ein
Formverfahren vorzusehen, bei dem in einem vor dem Formen
ausgeführten Heizprozeß ein Heizschritt enthalten ist, mit dem es
möglich ist, die Temperatur eines agglomerierten
Vorformlings gleichmäßig und effektiv zu erhöhen, und ebenfalls
einen Vorformling aus faserverstarktem Verbundmaterial
vorzusehen.
Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren zum Formen
eines faserverstärkten Verbundmaterials vor, das
Kunstharzmaterial und in diesem dispergierte, verstärkende Fasern
aufweist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: das
Formen des Verbundmaterials zu einem agglomerierten
Vorformling, das Vorheizen des Vorformlings von seinem Inneren
und das Formen des vorgeheizten Vorformlings in eine
gewünschte Form, dadurch gekennzeichnet, daß der
Vorheizschritt durch eine Heizeinrichtung ausgeführt wird, die
ausgewählt wurde aus einer oder mehreren Gasdüsen, die in
den Vorformling eingeführt sind und durch die zum Erwärmen
des Vorformlings ein Gas mit hoher Temperatur eingeblasen
wird, einer oder mehreren stabförmigen Heizeinrichtungen,
die in den Vorformling eingeführt sind, und einem oder
mehreren im Vorformling ausgebildeten Löchern mit einem
geschlossenen Ende, in die zum Erwärmen des Vorformlings ein
Gas mit hoher Temperatur eingeblasen wird.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein
agglomerierter Vorformling aus einem faserverstärkten
Verbundmaterial vom Inneren her erwärmt, um die Temperatur des
gesamten agglomerierten Vorformlings in kurzer Zeit auf eine
gleichmäßige Formtemperatur zu erhöhen, wodurch die
Temperaturdifferenz zwischen dem mittleren Teil und der äußeren
Seite verringert oder beseitigt wird.
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Nun werden konkrete Einrichtungen beschrieben. Entsprechend
einem konkreten Verfahren wird eine optionale Anzahl an
Gasdüsen in einen Vorformling eingeführt und Heizgas durch
die Gasdüsen in den Vorformling eingeblasen, wodurch das
Heizgas im Vorformling gleichmäßig dispergiert wird, um die
Temperatur des gesamten Vorformling vom Inneren her
gleichmäßig zu erhöhen.
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Entsprechend einem weiteren konkreten Verfahren wird eine
optionale Anzahl von stabartigen Heizeinrichtungen in einen
Vorformling eingeführt und die Temperatur des gesamten
Vorformlings von seinem Inneren her durch Erwärmen unter
Verwendung der stabartigen Heizeinrichtungen gleichmäßig
erhöht.
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Es kann ebenfalls ein Verfahren verwendet werden, bei dem
ein Vorformling aus faserverstärktem Verbundmaterial
ausgebildet ist, so daß dieser eine optionale Anzahl an Löcher
hat und dieser das einfache Einführen der vorhergehenden
stabartigen Heizeinrichtungen oder Gasdüsen in die Löcher
gestattet, wodurch die Temperatur des gesamten Vorformlings
gleichmäßiger und wirksamer erhöht werden kann, ohne daß
zum Zeitpunkt des Einführens der Heizeinrichtungen oder von
ähnlichem in die Löcher eine Bewegung oder Verdichtung des
Materials im Vorformling verursacht wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist eine erläuternde Schnittansicht, die ein
Beispiel einer Heizvorrichtung zeigt, die zum Umsetzen des
Verfahrens der vorliegenden Erfindung Gasdüsen verwendet,
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Fig. 2 ist ein Fließbild, das ein Beispiel für das Zuführen
eines Heizgases zeigt, das in der Heizvorrichtung von Fig.
1 verwendet wird,
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Fig. 3 ist ein teilweise gebrochene, erläuternde Ansicht
eines agglomerierten Vorformlings, der in der
Heizvorrichtung von Fig. 1 verwendet wird,
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die Fig. 4 und 5 sind erläuternde Schnittansichten, die
eine Heizvorrichtung von anderen Beispielen zeigen, die zum
Umsetzen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung Gasdüsen
verwendet,
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die Fig. 6 und 7 sind erläuternde Schnittansichten, die
einen Heizprozeß in einer Heizvorrichtung zeigen, die
stabartige Heizeinrichtungen verwendet,
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Fig. 8 ist eine teilweise gebrochene, erläuternde Ansicht
eines agglomerierten Vorformlings, der in der Vorrichtung
von Fig. 7 verwendet wurde, und
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Fig. 9 ist ein Draufsicht, die die Gesamtheit eines
kontinuierlichen Heizsystems zeigt, das die in den Fig. 1 oder 7
dargestellte Heizvorrichtung verwendet.
Beste Ausführungsform der Erfindung
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Unter Bezugnahme auf Fig. 1, die eine erläuternde
Schnittansicht ist, die ein Beispiel einer in der vorliegenden
Erfindung verwendeten Heizvorrichtung zeigt, ist die mit 1
bezeichnete Heizvorrichtung mit einem zylindrischen Gehäuse
2a und einem Verschlußdeckel 2b versehen, der zum Öffnen
und Schließen (die Richtungen der Pfeile O-C) an einer
Öffnung (einer oberen Öffnung in der Fig.) montiert ist, die
an einer Seite des Gehäuses 2a ausgebildet ist. Ein
Gasauslaßrohr 2c befindet sich im Verschlußdeckel 2b.
Andererseits ist im Gehäuse 2a ein Innenzylinder 3 aufgenommen,
der zur axialen Bewegung (in Richtung der Pfeile U&sub2;-D&sub2;) in
der Lage ist; ein Gaszufuhrmechanismus 4, der axial
beweglich ist (in Richtungen der Pfeile U&sub1;-D&sub1;), ist im
Innenzylinder 3 vorgesehen. Eine Gasspeicherkammer 4A ist im
Inneren des Gaszuführmechanismus 4 ausgebildet; eine Vielzahl
von hohlen, rohrförmigen Gasdüsen 5 mit Spitzen steht durch
den Innenzylinder 3 hindurch nach oben vor, wobei eine
große Anzahl an Gasausstoßlöchern 5a in der Umfangswand
jeder Gasdüse 5 ausgebildet ist. Ein Gaszufuhrrohr 4b für die
Zufuhr von geheiztem Inertgas ist mit der Gasspeicherkammer
4A verbunden. Eine optionale Anzahl (einschließlich Eins)
an Gasdüsen 5 ist entsprechend der Größe des agglomerierten
Vorformlings B vorgesehen und dazu bestimmt, in den
Vorformling eingeführt zu werden. In dem Fall, in dem mehrere
Gasdüsen verwendet werden, ist es wünschenswert, diese in
gleichen Intervallen anzuordnen. Voraussetzung dafür ist
jedoch, daß diese an optionalen Intervallen angeordnet sein
können, wenn der Gasstrom im Vorformling B simuliert wird.
Obwohl die in der Fig. dargestellten Gasdüsen die Form
gerader Rohre haben, können Düsen mit spiralförmiger Rohrform
unter Drehung in den Vorformling eingeführt werden.
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Ein Beispiel für ein Verfahren zum Erwärmen des aus einem
faserverstärkten Verbundmaterial ausgebildeten,
agglomerierten Vorformlings B unter Verwendung der Heizvorrichtung
1 wird nachstehend detailliert beschrieben.
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Als erstes wird der Verschlußdeckel 2a in seine offene
Position zurückgezogen, und zwar nach oben; der
Gaszufuhrmechanismus 4 wird in Richtung des Pfeils D&sub1; zurückbewegt, so
daß die Spitzen der Gasdüsen 5 vollständig in den
Innenzylinder 3 zurückgezogen sind. Dann wird der agglomerierte
Vorformling B im Gehäuse 2a positioniert und der Verschluß
deckel 2b geschlossen. Anschließend wird erwärmtes Inertgas
durch das Gaszufuhrrohr 4b in die Gasspeicherkammer 4A
gefördert und zu den Gasdüsen 5 verteilt; die Gasdüsen 5
werden in den Vorformling B eingeführt, während gestattet
wird, daß das Heizgas aus den Gasausstoßlöchern 5a
herausströmt. Wenn das Gas nach dem Einführen der Gasdüsen 5
ausgestoßen wird, ist es zu diesem Zeitpunkt wahrscheinlich,
daß die Gasausstoßlöcher 5a mit Kunstharzpulver oder
ähnlichem verstopfen. Wenn jedoch ein Vorformling B verwendet
wird, bei dem dieses nicht wahrscheinlich ist, kann mit dem
Ausstoßen des erwärmten Gases begonnen werden, nachdem die
Gasdüsen 5 in den Vorformling B eingeführt wurden. Wenn
Löcher, die den Gasdüseneinführkanälen entsprechen, im
Vorformling zuvor ausgebildet werden (siehe Fig. 8), d.h. wenn
zum Formen des Vorformlings eine den Gasdüsen 5
entsprechende Innenform verwendet wird, wird nicht nur das
Einführen der Gasdüsen 5 einfacher, sondern es tritt ebenfalls
nicht das Problem des teilweisen Verdichtung des
Vorformlings
oder das der ungleichmäßigen Gasströmung auf, die
durch das zwangsweise Einführen der Gasdüsen verursacht
werden.
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Im vorstehenden Zustand wird das Heizgas vom Gaszufuhrrohr
4b kontinuierlich oder absatzweise gefördert und nach oben
ausgelassen, während es in das Innere des Vorformlings B
dispergiert wird, wodurch der Vorformling B von seinem
Inneren aus gleichmäßig und schnell erwärmt wird. Es wird
empfohlen, als Heizgas Inertgas, wie z.B. Stickstoffgas
oder Argongas zu verwenden; wenn es jedoch schwer ist, das
verwendete Kunstharzmaterial einer Verschlechterung durch
Qxidation auszusetzen, kann zum Beispiel Heißluft verwendet
werden.
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Das durch den Vorformling B hindurchgeströmte Gas wird in
einer Kammer 2A gesammelt, die im Inneren des
Verschlußdeckels 2b ausgebildet ist und wird aus dem Auslaßrohr 2c
ausgelassen. Die Größe der Kammer 2A kann frei eingestellt
werden.
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Wenn der gesamte Vorformling B in der vorstehenden Weise
auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wurde, wird der
Verschlußdeckel 2b geöffnet; der Innenzylinder 3 wird in
Richtung des Pfeils U&sub2; nach oben bewegt; der Vorformling B
wird aus dem oberen Abschnitt des Gehäuses 2a ausgelassen
und zu einer Formvorrichtung, wie z.B. einer
Preßvorrichtung, transportiert.
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Es wird sich nun auf Fig. 2 bezogen, die ein Fließbild ist,
das ein Beispiel zeigt, in dem Heizgas einer Vielzahl von
Heizvorrichtungen 1 zugeführt wird, wobei das von einer
Gaszuführquelle 15 geförderte Gas mittels eines Kompressors
12 unter Druck gesetzt wird und dann zu einer
Heizeinrichtung 11 gefördert wird, in der das Gas bis auf eine
vorbestimmte Temperatur (z.B. 220-240ºC) erwärmt wird, und dann
zum Gaszufuhrrohr von jeder Heizvorrichtung 1 gefördert
wird. Das durch das Gasauslaßrohr der Heizvorrichtung 1
gesammelte, verwendete Gas wird einmal in einem Behälter 13
gespeichert, dann durch eine Kühleinrichtung 14 auf eine
Temperatur gekühlt, bei der der Kompressor 12 das Gas
ansaugen kann, und im Anschluß erneut umgeführt. Wenn ein
Kompressor verwendet wird, der zum Ansaugen von Gas bei
einer Temperatur von 150ºC oder ähnlichem in der Lage ist,
ist es nicht notwendig, die Kühleinrichtung 14 zu
verwenden.
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Obwohl in der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung der
Vorformling B nur mit Heizgas erwärmt wird, kann die zum
Erwärmen erforderliche Zeit weiter abgekürzt werden, wenn der
Vorformling zusätzlich auch von der Außenumfangsseite
erwärmt wird, indem zum Beispiel, wie es durch die
Strichlinien angezeigt ist, eine mantelartige Heizeinrichtung 9 im
Außenumfangsabschnitt des Gehäuses 2a vorgesehen wird oder
indem eine flächenartige Heizeinrichtung auf der oberen
Fläche des Innenzylinders 3 vorgesehen wird.
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Das Gesamtöffnungsgebiet Sr der Gasausstoßlöcher 5a der
Gasdüsen 5 kann optional entsprechend der Form und der
Größe des verwendeten Vorformlings ausgewählt werden.
Vorzugsweise ist, um ein angemessenes Erwärmen umzusetzen,
wenn das Flächengebiet an der Seite zum Gasdüseneinführen
des Vorformlings B (prinzipiell ist auch die Anwendung auf
die Fläche an der entgegengesetzten Seite möglich) Sn ist,
das vorstehende Gesamtöffnungsgebiet Sr nicht kleiner als
(1/50) x Sn.
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In Fig. 4, auf die sich nun bezogen wird, ist ein
Heizvorrichtung mit einer Struktur zum Verhindern des Ausdehnens
des Vorformlings B dargestellt, in der eine Preßplatte 6,
die in der Lage ist, sich dem Vorformling B anzunähern und
sich von diesem zu entfernen, am Verschlußdeckel 2b
montiert ist, so daß diese die obere Fläche des im Gehäuse 2a
aufgenommenen Vorformlings B pressen kann. In
der
Preßplatte 6 ist eine große Anzahl an Durchgangslöchern
ausgebildet; Heizgas strömt durch die Durchgangslöcher 6a
hindurch und wird in einer Gasauslaßleitung 2c gesammelt.
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Wenn der Vorformling B wie im Beispiel von Fig. 4 von
seiner oberen Fläche aus vollständig gepreßt wird, ist es
wahrscheinlich, daß der Strom von Heizgas behindert wird.
Daher wird, wie es in Fig. 5 gezeigt wird, empfohlen, einen
Gasbehälter 6A vorzusehen, der durch einen geringfügigen
Spalt unterhalb der Preßplatte 6 ausgebildet ist; dadurch
wird der Gasstrom sichergestellt, während die Ausdehnung
des Vorformlings B in gewissem Grade gestattet wird.
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Zum Zweck der Verbesserung der Handhabbarkeit weist, wie es
in Fig. 3 gezeigt ist, ein Vorformling B einen Feststoffilm
Bu mit ungefähr 1-3mm Dicke, der an der Außenfläche des
Vorformlings ausgebildet ist, und eine Mischung Bc aus
Kunstharzpulver und einer verstärkten Faser, die in den
Feststoffilm gehüllt ist, auf. Wenn ein solcher Vorformling
B in dieser Gestaltung bei der in Fig. 1 gezeigten
Heizvorrichtung 1 angewendet wird, wird der Innenraum, der durch
den Feststoffilm Bu des Vorformlings B definiert ist, mit
Heizgas gefüllt, woraus sich ergibt, daß ein schwacher Teil
des Feststoffilms platzt; somit wird eine Lokalisierung der
Bestandteile der Mischung Bu oder ein abgelenkter Strom von
Heizgas verursacht, woraus sich eine Verringerung der
Gleichmäßigkeit des Erwärmens ergibt. Im Hinblick auf die
Verhinderung dieses Nachteils kann die Preßplatte 6
verwendet werden, die Löcher 6a wie in Fig. 4 hat; wenn jedoch
eine große Anzahl an Entlüftungslöchern B&sub1; durch den
Feststoffilm Bu in der Außenfläche als eine offene Fläche des
Vorformlings B ausgebildet ist, besteht nicht die Gefahr
des Platzens des Feststoffilms Bu, da das Heizgas, das zum
Inneren des Vorformlings B ausgestoßen wird, durch die
Entlüftungslöcher B&sub1; geht. Obwohl im Beispiel von Fig. 1 die
Länge jeder Gasdüse 5 kleiner als die Dicke in
Höhenrichtung des Vorformlings B ist, kann diese ferner in der
Ausdehnung
ihrer Spitze, die vom Vorformling B vorsteht und
durch den Feststoffilm Bu bricht, länger als die Dicke des
Vorformlings gestaltet werden; dadurch wird der Durchgang
des Heizgases verbessert.
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Es ist vorzuziehen, daß ein gesamtes Öffnungsgebiet Sm der
Entlüftungslöcher B&sub1; die Hälfte oder mehr des gesamten
Öffnungsgebiets Sr der in den Gasdüsen 5 ausgebildeten
Gasausstoßlöcher 5a beträgt. Als Ergebnis tritt Heizgas aus dem
Vorformling B gleichmäßig heraus, so daß die
Heizeffektivität verbessert wird; es besteht weder die Gefahr, daß der
Heizgasdruck im Vorformling B zu groß wird und der Strom
des Heizgases behindert wird, noch besteht die Möglichkeit,
daß die erforderliche Zeit zum Erwärmen länger wird. Es ist
überhaupt auch nicht länger möglich, daß ein abgelenkter
Strom im Heizgasstrom auftritt, der die Wärmeverteilung
ungleichmäßig gestalten würde.
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Es wird sich nun auf die Fig. 6 und 7 bezogen, die
erläuternde Schnittansichten sind, die eine stabartige
Heizeinrichtungen verwendende Heizvorrichtung 1 zeigen; eine
vertikal bewegliche untere Platte 21 mit Durchgangslöchern 21a
ist unterhalb eines Gehäuse 2 vorgesehen; eine Vielzahl von
stabartigen Heizeinrichtungen 22, die in der Lage sind, in
die Durchgangslöcher 21a eingeführt zu werden und aus
diesen entfernt zu werden, befindet sich unter der unteren
Platte 21. Ein Verschlußdeckelelement 23, das in der Lage
ist, sich an einen im Gehäuse 2 aufgenommenen Vorformling B
anzunähern oder sich von diesem zu entfernen, ist im oberen
Abschnitt des Gehäuses vorgesehen; Durchgangslöcher, um
durch diese hindurch Spitzen 22a der stabartigen
Heizeinrichtung 22 einzuführen, sind im Verschlußdeckelelement 23
ausgebildet. Ferner befindet sich am Verschlußdeckelelement
23 ein vertikal beweglicher oberer Verschlußdeckel 24, der
auf die Spitzen der stabartigen Heizeinrichtungen 22 gepaßt
ist und die Durchgangslöcher schließt. Die Anzahl, die
Dicke und die Länge der stabartigen Heizeinrichtungen 22
werden in geeigneter Weise entsprechend dem zu erwärmenden
Verbundmaterial ausgewählt.
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Ein Beispiel für das Verfahren zum Erwärmen eines
agglomerierten Vorformlings unter Verwendung einer solchen
Heizvorrichtung 1 wird nachstehend beschrieben.
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Als erstes befindet sich, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, die
untere Platte 21 unter dem Gehäuse 2; ein zylindrischer
Vorformling B wird von der oberen Öffnung des Gehäuses 2
aus geladen; das Verschlußdeckelelement 23 und der obere
Verschlußdeckel 24 werden von oben abgesenkt, bis das diese
sich mit der oberen Fläche des Vorformlings B in Anlage
befinden. Dann werden die stabartigen Heizeinrichtungen 22
nach oben bewegt und in den Vorformling B eingeführt, wie
es in Fig. 7 gezeigt ist.
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Obwohl in dem Fall, in dem der Vorformling B einen geringen
Verdichtungsgrad hat und noch eine Verdichtungstoleranz
aufweist, kein Problem vorhanden ist, kann sich, wenn ein
mit hohem Druck geformter Vorformling mit hoher Dichte
verwendet wird, das Verschlußdeckelelement 23 in einer etwas
höheren Position befinden, um die Ausdehnung des
Vorformlings freizugeben, die durch die stabartigen
Heizeinrichtungen 22 verursacht wurde, oder können Löcher B&sub2;, die den
stabartigen Heizeinrichtungen 22 entsprechen, zuvor im
Vorformling B ausgebildet werden, wie es in Fig. 8 gezeigt
ist. Ein solcher Vorformling B kann ebenfalls dazu
verwendet werden, um Gasdüsen 5 in diese einzuführen&sub1; wie es
zuvor beschrieben wurde.
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Wenn die stabartigen Heizeinrichtungen 22 erwärmt werden,
wird der Vorformling B von innen erwärmt und ein
gleichmäßige Erwärmen mit kleinen Temperaturgradienten im Inneren
des Vorformlinge B vorgenommen. Wenn eine bogenartige
Heizeinrichtung oder ähnliches sowohl am Gehäuse 2 als auch am
Verschlußdeckelelement 23 und an der unteren Platte 21
befestigt ist, kann ferner der Vorformling B sowohl von der
Innen- als auch der Außenseite gleichmäßig erwärmt werden.
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Nach dem Abschluß des Erwärmens werden die stabartigen
Heizeinrichtungen 22 zurückgezogen und der Vorformling B
zum oberen Abschnitt des Gehäuses 2 bewegt, während dieser
zwischen der unteren Platte 21 und dem
Verschlußdeckelelement 23 geschichtet ist; dann wird das
Verschlußdeckelelement 23 zurückgezogen. Im Anschluß wird der Vorformling B
zu einer Formmaschine wie in Fig. 9 bewegt.
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Fig. 9 ist eine Draufsicht, die ein kontinuierliches Heiz-
System vom Drehtischtyp zum kontinuierlichen Erwärmen von
Vorformlingen B mittels einer Heizvorrichtung 1 unter
Verwendung von Gasdüsen 5 oder stabartigen Heizeinrichtungen
22 zeigt. Ein Drehtisch 27 ist mit einer Vielzahl von
Heizvorrichtungen 1 versehen und wird durch eine Antriebswalze
26 gedreht. An der äußeren Umfangskante des Drehtisches 27
befindet sich die Antriebswalze 26 und Führungswalzen 25,
sowie eine Vorformlingzuführmaschine A&sub1; und eine
Vorformlingausstoßmaschine A&sub4;. Ein Vorformling B wird mittels der
Zuführmaschine A&sub1; zu einer Heizvorrichtung am Drehtisch 27
gefördert; dann werden in der Position A&sub2; die
Heizeinrichtungen oder Düsen in den Vorformling B eingeführt, wodurch
der Vorformling erwärmt wird, bis daß die Position A&sub3; er-
reicht ist. Der somit erwärmte Vorformling B wird mittels
der Ausstoßmaschine A&sub4; aus der Heizvorrichtung 1
herausgenommen, und wird dadurch zur Formmaschine gefördert.
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Für die Art des Kunstharzes oder die der verstärkenden
Faser als Materialien der beim vorstehenden Heizverfahren zu
verwendenden Zusammensetzung gibt es keine Beschränkung.
Als Kunstharz kann ein geeignetes Harz aus
thermoplastischem oder duroplastischem Harz entsprechend der
geforderten Verwendung und der geforderten Eigenschaften ausgewählt
werden. Beispiele für die verwendbaren verstärkenden Fasern
schließen ebenfalls zusätzlich zu den herkömmlich
verwendeten
Glasfasern und Kohlenstoff-Fasern zahlreiche
Metallfasern und Whisker ein. Wenn nötig kann außerdem im
Verbundmaterial, das Kunstharz und verstärkende Faser enthält,
Füllmittel, Antioxydationsmittel, Stabilisierungsmittel,
Farbstoff, Weichmacher, antistatische Substanz,
flammenhemmende Substanz usw. enthalten sein.
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Das Verfahren zum Ausbilden des Verbundmaterials zu einem
Vorformling ist überhaupt nicht beschränkt. Ein
herkömmliches Vorformverfahren kann so wie es ist oder nach
Abwandlung verwendet werden. Das Folgende sind typische Beispiele
von Vorformverfahren.
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Ein Kunstharzpulver und kurze verstärkende Fasern werden
wenn notwendig in einer Dampfphase zusammen mit anderen
Zusatzstoffen gemischt (trocken gemischt); eine Form wird mit
der sich ergebenden Mischung beschickt, worauf sich
Preßmassenformen anschließt. In diesem Fall ist die Verwendung
eine geeigneten Bindemittels zur Verbesserung der
Formbarkeit und der Formbeibehaltungseigenschaft effektiv. Es ist
ebenfalls möglich, die Mischung beim Preßmassenformprozeß
in einem bestimmten Maß zu erwärmen, was dem
Kunstharzpulver das teilweise Schmelzen zum Fusionsverbinden gestattet
und dadurch die Formbeibehaltungseigenschaft verbessert.
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Ein Kunstharzpulver und kurz verstärkende Fasern werden
wenn nötig zusammen mit anderen Zusatzstoffen naß gemischt,
wobei Wasser als Mischmedium verwendet wird; dann wird die
sich ergebende Mischung in eine vorbestimmte Form gebracht
und getrocknet. Alternativ dazu wird die Mischung unter
Verwendung eines Plungerextruders in eine stabartige Form
extrudiert, dann in eine geeignete Länge geschnitten und im
Anschluß getrocknet. Auch in diesem Fall kann ein
geeignetes Bindemittel wenn nötig hinzugefügt werden, um die
Formbarkeit und die Formbeibehaltungseigenschaft zu verbessern.
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Ein Plungerextruder wird mit einer Trockenmischung, wie
diese in ) gezeigt ist, beschickt; die Mischung wird dann
in einem Ausstoßdüsenabschnitt angemessen erwärmt, um das
Kunstharzpulver teilweise zu schmelzen; in diesem Zustand
wird die Mischung extrudiert (Beispiel Nr. 1).
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Unter Verwendung der in Fig. 7 gezeigten Heizvorrichtung
wurde ein Verbundmaterial aus einer einheitlichen Mischung,
die aus 60 Gewichtsprozent Polypropylenpulver und 40
Gewichtsprozent kurzen Glasfasern besteht, in die Form einer
kurzen Säule vorgeformt (200mm Durchmesser, 200mm lang);
ein Heizversuch wurde durchgeführt. In diesem Versuch
wurden als stabartige Heizeinrichtungen vierzig elektrisch be-
heizte, stabartige Heizeinrichtungen verwendet, von denen
jede einen Durchmesser von 16mm hat; zum Erwärmen des
Gehäuses wurde von der äußeren Seitenfläche aus eine
Bandheizeinrichtung verwendet, während zum Erwärmen des
Verschlußdeckelelements und der unteren Platte
Plattenheizeinrichtungen verwendet wurden. In beiden Fällen wurde die
Oberflächentemperatur auf 260ºC geregelt. Um
Verschlechterung des Verbundmaterials durch Oxidation zu verhindern,
wurde Stickstoffgas durch die Heizvorrichtung 1 geleitet.
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Als Ergebnis stieg die Temperatur des Verbundmaterials in
ungefähr 2 Minuten auf 220ºC. Die Temperaturdifferenz im
Vorformling lag innerhalb von ± 2,5ºC und war somit sehr
klein. Es wurde ein äußerst gleichmäßiges Erwärmen
festgestellt.
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Vergleichsweise wurde das Erwärmen nur von der
Außenflächenseite des Gehäuses, der unteren Platte und des
Verschlußdeckelelements in der gleichen Weise wie vorstehend
mit der Ausnahme vorgenommen, daß das Erwärmen unter
Verwendung der stabartigen Heizeinrichtungen unterlassen
wurde. Als Ergebnis waren 30 Minuten erforderlich, um die
Temperatur des Verbundmaterial an seinem mittleren
Abschnitt auf 220ºC zu erhöhen. Die Temperatur der
Flächenseite stieg auf 260ºC; das Kunstharz schmolz, woraus sich
ergibt, daß es schwierig wird, das Verbundmaterial aus der
Heizvorrichtung zu entfernen. Die Temperaturdifferenz von
ungefähr 40ºC zwischen der Flächenseite und dem mittleren
Abschnitt übte einen schlechten Einfluß auf das
Kompressionsformen in der Formvorrichtung aus.
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In Verbindung mit der in den Fig. 1, 4 und 5 gezeigten
Heizvorrichtung 1 kann ein Verfahren verwendet werden, bei
dem der Vorformling B von seinem Inneren her erwärmt wird,
ohne daß die Gasdüsen 5 verwendet werden. In diesem Fall
wird als Vorformling B ein Vorformling, der die in Fig. 8
gezeigten Löcher B&sub2; hat oder der Löcher B&sub2; hat, die an den
einen Enden geschlossen sind, verwendet. Diese Löcher
werden ausgebildet, indem in einen Vorformling Heiznadeln
eingeführt werden, die entsprechend der Anordnung der Löcher
vorgesehen sind. Es ist vorzuziehen, daß die Temperatur der
Nadeln unterhalb der Temperatur ist, bei der das im
Vorformling enthaltene Kunstharz schmilzt und an den Nadeln
anhaftet.
(Beispiel Nr. 6)
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Neun Nadeln, die auf ungefähr 140ºC erwärmt wurden, werden
in einen agglomerierten Vorformling gestochen, der durch
die Verwendung einer Zusammensetzung aus Polypropylen und
Glasfasern erhalten wurde, und bilden Löcher, die an ihren
einen Enden geschlossen sind. Die Haltezeit im Stechzustand
betrug ungefähr eine Minute. Wenn die Nadelheiztemperatur
zu hoch ist, verschlechtert sich das Harz und haftet an den
Nadeln an, woraus sich eine störanfällige Instandhaltung
der Nadeln und eine verschlechterte Betriebsfähigkeit
ergibt. Daher ist es wünschenswert, daß die
Nadelheiztemperatur in einem Temperaturbereich eingestellt ist, in dem das
verwendete Harz nicht an den Nadeln anhaftet, wobei die
Schmelztemperatur des Harzes Berücksichtigung findet. Die
Nadeln können bei Zimmertemperatur belassen werden, wobei
jedoch bei dieser Temperatur die Löcher durch Zurückfedern
der Glasfasern geschlossen werden können. Es wurde
herausgefunden, daß es für die Nadeln besser ist, wenn diese auf
ein bestimmtes Maß erwärmt werden, um die einmal
ausgebildeten Löcher aufrechtzuerhalten.
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Als nächstes wird der Vorformling, der nun diese Löcher
hat, in die in Fig. 4 gezeigte Heizvorrichtung geladen und
Stickstoffgas mit 240ºC direkt (ohne Verwendung von
Gasdüsen) in die Löcher des Vorformlings für ungefähr 2 Minuten
eingeblasen. Das erwärmte Stickstoffgas, das somit in die
Löcher eingetreten ist, wird im Inneren des Vorformlings
a dispergiert und im Anschluß vom oberen Abschnitt
ausgestoßen, wodurch der Vorformling vom Inneren auf ungefähr
200-220ºC erwärmt wird.
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Dieses Verfahren ist darin vorteilhaft, daß das Erwärmen in
kurzer Zeit ausgeführt werden kann und daß, da weder
Gasdüsen 5 noch stabartige Heizeinrichtungen 22 verwendet
werden, weder Adhäsion noch Verstopfung mit geschmolzenen Harz
auftritt; die Handhabung ist einfach.
Industrielle Verwendbarkeit
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Entsprechend dem Formverfahren der vorliegenden Erfindung
kann mit vorstehendem Aufbau ein agglomerierter Vorform-
ling, der Kunstharz und verstärkende Fasern enthält, bei
gleichmäßiger Temperaturverteilung im gesamten Vorformling
effektiv erwärmt werden.
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Ferner ist es durch das geeignete Auswählen der Form oder
der Bestandteile des Vorformlings für das verwendete
Heizverfahren möglich, die Temperatur des Vorformling in kurzer
Zeit entsprechend dem Heizverfahren gleichmäßig und wirksam
zu erhöhen.
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Als Ergebnis ist es im nächsten Formprozeß möglich, ein
faserverstärktes Verbundprodukt mit homogenen Eigenschaften
und in hoher Qualität herzustellen.