DE69118374T2

DE69118374T2 - Vakuumformung und Gegenstand zur Vakuumformung von faserverstärkte Harzverbundwerkstoffe

Info

Publication number: DE69118374T2
Application number: DE69118374T
Authority: DE
Inventors: William H Seemann
Original assignee: SCRIMP SYSTEMS
Current assignee: SCRIMP SYSTEMS
Priority date: 1991-08-01
Filing date: 1991-08-01
Publication date: 1996-10-31
Anticipated expiration: 2011-08-02
Also published as: EP0525263B1; GR3020402T3; ATE135961T1; EP0525263A1; DK0525263T3; ES2089139T3; DE69118374D1

Description

Diese Erfindung betrifft Preßspritzformtechniken, die speziell für das Formen von faserverstärkten Harzstrukturen geeignet sind.
Faserverstärkte Harzstrukturen haben viele Formen und Gestalten, z. B. als Rohre oder Röhren, die beispielsweise in der chemischen Industrie verwendet werden, und als flache Bögen und Formlinge, die beispielsweise im Schiffsbau benutzt werden. Bei Rthrenkonstruktionen ist es bekannt, relativ dünne koaxiale, radial beabstandete Schichten von faserverstärktem Harz mit mehreren zwischen den faserverstärkten Harzschichten zwischengeschalteten Kernschichten vorzusehen. In diesen Strukturen liefern die Kernschichten ausreichende Wandabmessung, um den äußeren Belastungen zu widerstehen, denen die Röhre ausgesetzt wird.
Bei der Herstellung flacher Bögen und einiger Formlinge wird entweder eine Naßauflegetechnik verwendet, bei welcher eine "harzbenetzte" Faserverstärkung auf eine Form aufgelegt und dann gehärtet wird, oder eine Trockenauflegetechnik, bei welcher die trockene Faser auf eine Form gelegt und dann mit dem Harz benetzt wird, verwendet. In jedem Fall läßt man nach dem Auflegen das Harz abbinden und auf der Form unter Bildung der faserverstärkten Harzverbundstruktur aushärten. Die Vorrichtung und/oder das Verfahren, die zur Herstellung dieser Strukturen verwendet werden, variieren erheblich je nach der speziellen Form und Gestalt der herzustellenden Struktur.
Vakuumbeuteltechniken wurden in der Vergangenheit zur Bildung von faserverstärkten Kunststoffstrukturen verwendet. Bei einer Vakuumbeuteltechnik wird ein flexibler Bogen, eine flexible Einlage oder ein flexibler Beutel verwendet, um eine einzelne Hohlform zu bedecken, die die trockene oder feuchte Faserauflage enthält. Gemäß ersterer werden die Kanten des flexiblen Bogens mit der Form verklammert, um eine Umhüllung zu bilden und das Teil abzudichten, wird ein katalysierter flüssiger Kunststoff oder ein solches Harz allgemein in die Umhüllung oder das Beutelinnere eingeführt, um die Faser zu benetzen, und wird ein Vakuum in das Beutelinnere über eine Vakuumleitung angelegt, um den flexiblen Bogen gegen die Faser und Oberfläche der Form zusammenfallen zu lassen, während die mit Kunststoff benetzte Faser gepreßt und gehärtet wird, um die faserverstärkte Kunststoffstruktur zu bilden. Harzrauch aus dem Verfahren wird an einem Entweichen in den umgebenden Arbeitsraum gehindert.
Während die Vakuumbeuteltechniken in der Lage sind, faserglasverstärkte Laminate von Gleichmäßigkeit und Festigkeit zu bekommen, bleibt dennoch ein Bedarf an weiterer Verbesserung dieser Systemtechnik.
Die US-A-4 902 215 beschreibt (siehe die Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 8) eine Technik zur Vakuumbildung faserverstärkter Harzverbundwerkstoffe, bei der ein Harzverteilungsmedium auf einer Seite einer Auflage von Faserverstärkungsschichten positioniert wird, wobei man Harzströmungswege vorsieht, die den Fluß des Harzes durch und um die Auflage verbessern.
Die US-A-4 942 013 beschreibt eine Anzahl von Vakuumharzimprägnierverfahren. In einem solchen Verfahren wird vorgeschlagen, poröse Trennungsfolien und Durchschlagschichten auf beiden Seiten der Faserverstärkungsauflage anzuordnen, um den Harzfluß zu verbessern, der im wesentlichen in seitlicher Richtung quer zur Ebene der Form erfolgt.
Die vorliegende Erfindung bemüht sich, eine weiter verbesserte Vorrichtung und Technik für die Herstellung sehr fester faserverstärkter Harzstrukturen, besonders glasfaserverstärkter Harzstrukturen, mit großen Verhältnissen von Verstärkung zu Harz und im Formbereich von flach bis stark konturiert zu liefern.
Nach einem Aspekt liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Vakuumformung faserverstärkter Harzverbundwerkstoffe, bei dem man eine oder mehrere Schichten von Faserverstärkung auf einer Formoberfläche auflegt und dabei eine Auflage bildet, über der Auflage einen fließmittelundurchlässigen flexiblen Bedeckungsbogen plaziert, am Umfang den flexiblen Bedeckungsbogen gegenüber der Formoberfläche um die Auflage herum abdichtet, ein härtbares Harz in eine Formhöhlung einspritzt, die auf einer Seite durch die Formoberfläche und auf der anderen Seite durch den fließmittelundurchlässigen flexiblen Bedeckungsbogen begrenzt wird, um dabei die Auflage mit dem Harz zu imprägnieren, und das eingespritzte Harz härten läßt oder dazu verursacht, während man ein Vakuum an die Formhöhlung anlegt, um dadurch den flexiblen Bedeckungsbogen unter Vakuum zu der Formoberfläche zu ziehen und auf den Verbundwerkstoff während des Härtungsverfahrens Druck auszüben, wobei in der Formhöhlung zwischen der Auflage und dem flexiblen Bedeckungsbogen ein Harzverteilungsteil angeordnet wird, das ein sich kreuzendes Netz von beabstandeten Harzverteilungskanälen liefert und zwischen dem sich kreuzenden Netz von beabstandeten Harzverteilungskanälen mehrere Abstandshalter liefert, die dazu dienen, die Auflage von dem flexiblen Bedekkungs boden im Abstand zu halten, wobei ein zweites Harzverteilungsteil zwischen der Auflage und der Formoberfläche vorgesehen ist, das zweite Harzverteilungsteil ebenfalls ein sich kreuzendes Netz von beabstandeten Harzverteilungskanälen und mehrere Abstandshalter liefert, die dazu dienen, die Auflage im Abstand von der Formoberfläche zu halten, die Formoberfläche wenigstens eine Harzverteilungswanne und einen Harzeinlaß zur Aufnahme und Abgabe von Harz in die oder jede Wanne hat und der flexible Bedeckungsbogen wenigstens einen Vakuumauslaß hat, der so angeordnet ist, daß er über der Auflage ist, und die Anordnung das Harz kontinuierlich, frei und direkt ohne Schwerkraftunterstützung fließen läßt, um die Auflage über ihre gesamte Fläche am Ort der Harzeinführung bis zum Umfang der Auflage gleichmäßig und vollständig zu imprägnieren.
Nach einem anderen Aspekt liefert die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Vakuumbildung faserverstärkter geformter Harzverbundwerkstoffe mit
einer Form, die eine Formoberfläche liefert, welche die erwünschte Formgebung des geformten Verbundwerkstoffes begrenzt,
einem fließmittelundurchlässigen flexiblen Bedeckungsbogen, der über der Formoberfläche positionierbar ist, um dazwischen eine Formhöhlung zu begrenzen,
Einrichtungen zum Abdichten des Umfanges des flexiblen Bedeckungsbogens gegen die Formoberfläche, um die Formhöhlung abzudichten,
Einrichtungen zum Einspritzen eines härtbaren Harzes in die Formhöhlung zum Imprägnieren einer Faserverstärkungsauflage bei Anordnung in der Formhöhlung über der Formoberfläche,
Einrichtungen zum Anlegen eines Vakuums an die Formhöhlung, um den flexiblen Bedekkungsbogen zu der geformten Oberfläche zu ziehen und dabei Druck auf den Verbundwerkstoff während des Formens und Härtens des Harzes auszuüben, und
einer Harzverteilungseinrichtung, die in der Formhöhlung zwischen der Auflage und dem flexiblen Bedeckungsbogen positionierbar ist und ein sich kreuzendes Netz von voneinander beabstandeten Harzverteilungskanälen und eine Anordnung von Abstandshaltern liefert, die dazu dienen, die Auflage im Abstand von dem flexiblen Bedeckungsbogen zu halten,
wobei ein zweites Harzverteilungsteil zwischen der Auflage und der Formoberfläche positionierbar ist, das zweite Harzverteilungsteil auch ein sich kreuzendes Netz von voneinander beabstandeten Harzverteilungskanälen und mehrere Abstandshalter liefert, die dazu dienen, die Auflage im Abstand von der Formoberfläche zu halten,
die Formoberfläche wenigstens eine Harzverteilungswanne und einen Harzeinlaß zur Aufnahme und Abgabe von Harz in die oder jede Wanne hat und
die Vakuumanlegeeinrichtung wenigstens einen Vakuumauslaß in dem flexiblen Bedekkungsbogen und so angeordnet aufweist, daß er über der Auflage liegt, wobei die Anordnung das Harz kontinuierlich, frei und direkt ohne Schwerkraftunterstützung fließen läßt, um die Auflage über ihre gesamte Fläche von dem Ort der Harzeinführung aus zu dem Umfang der Auflage gleichmäßig und vollständig zu imprägnieren.
Gemäß dieser Konstruktion kann ein Harz in die Kammer über den Einlaß oder über Einlässe in der Form eingeführt werden und ein Vakuum an die Kammer über den Vakuumauslaß oder die Vakuumauslässe angelegt werden, die in dem fließmittelundurchlässigen äußeren Teil oder Bedeckungsbogen angeordnet sind, was dazu führt, daß das Harz über im wesentlichen die gesamte Fläche an der Eintrittsseite des zweiten Harzverteilungsteils verteilt wird, im wesentlichen gleichmäßig und kontinuierlich durch die Auflage von Fasergewebe oder Vlies oder Stoff fließt und von da im wesentlichen gleichmäßig, kontinuierlich und ohne Unterbrechung hindurchgeht, um in das erste Harzverteilungsteil auszutreten und von der Kammer öber den Vakuumauslaß oder Vakuumauslässe des fließmittelundurchlässigen Außenteils oder Bogens zu fließen.
Diese Konstruktion schließt somit Harzverteilung auf beiden Seiten der Auflage von gewebten oder verfilzten Fasern oder Stoff ein; ein erstes Harzverteilungsmedium, das zwischen der oberen Fläche oder Auflage und dem fließmittelundurchlässigen äußeren Bogen angeordnet ist, und ein zweites Harzverteilungsmedium, das zwischen der unteren Fläche der Auflage und der Formoberfläche angeordnet ist. Diese Doppelsandwichtypkonstruktion erlaubt bei Anlegen eines Vakuums, daß das Harz freier oder mit weniger Widerstand kontinuierlich und selbst aufwärts gegen die Schwerkraft fließt, um die Auflage gleichmäßig und vollständig zu imprägnieren. Sehr wenig Harz geht verloren oder wird zum Abfall durch Abziehen mit Hilfe des Vakuumauslasses oder der Vakuumauslässe, und dieses System erwies sich überraschend als geeignet für die Herstellung von dicken großflächigen laminierten Strukturen, die von flachen bis zu stark konturierten Gegenständen variieren. Ein Merkmal der Doppelsandwichtypkonstruktion besteht darin, daß die Einheiten selbst vertikal eine an der anderen gestapelt werden können, um laminierte Strukturen zu erzeugen, die recht dick sind und sehr große Flächen bedecken.
Die Merkmale einer bevorzugten Vorrichtung und Methode zu ihrer Verwendung sowie ihr Arbeitsprinzip werden unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung und die beigefügte Zeichnung, auf die in der Beschreibung Bezug genommen wird, besser verstanden. Die verschiedenen Merkmale und Teile in der Zeichnung sind durch die Bezugszeichen angegeben, wobei ähnliche Merkmale und Teile in den verschiedenen Ansichten durch ähnliche Bezugszeichen wiedergegeben sind. In einigen Fällen werden Indizes mit Bezugszeichen verwendet, wo doppelte Merkmale und Teile vorliegen oder um ein Untermerkmal oder Teil einer größeren Anordnung zu beschreiben.
In der Zeichnung bedeuten
Fig. 1 eine Explosionsdarstellung einer Formanordnung von ebener Gestalt, wobei die Formanordnung einen fließmittelundurchlässigen starren oder halbstarren äußeren Bogen, der mit Vakuumauslässen versehen ist, eine untere starre Formoberfläche vollständig mit einem Vakuumauslaß, gegen welchen die Randkanten des äußeren Bogens unter Bildung einer Innenkammer abgedichtet sind, eine Faserauflage aus mehreren Schichten eines trockenen faserverstärkten Stoffes, zwei Primärharzverteilungsmedien, von denen eines zwischen der Auflage und der Formoberfläche und das andere zwischen der Auflage und dem fließmittelundurchlässigen äußerden Bogen liegt, und zwei Abziehschichten, von denen eine die untere Fläche der Auflage und ein Primärverteilungsmedium und die andere die obere Fläche der Auflage und ein Primärverteilungsmedium trennt, einschließt,
Fig. 2 einen Schnitt durch eine zusammengebaute Form, wie sie in der vorausgehenden Figur beschrieben ist,
Fig. 3 eine vergrößerte isometrische Darstellung, teilweise geschnitten, eines Abschnittes der Formanordnung der Fig. 1 und 2, die insbesondere ein Harzverteilungsmedium zeigt, wie es in der Form verwendet wird,
Fig. 4 eine zweite Form von Harzverteilungsmedium an sich, wobei dieses Harzverteilungsmedium auch eine bevorzugte Form für die Verwendung in der Formanordnung hat, die unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 abgebildet ist, und
Fig. 5 eine Querschnittsdarstellung mehrerer Formabschnitte, die in Verbindung miteinander gestapelt sind, wie beim Bau eines Bootskörpers verwendet wird.
Unter Bezugnahme zunächst auf die Fig. 1 und 2 ist dort eine Form von ebener Gestalt gezeigt, die sich überraschend für die fertige Bildung von faserverstärkten Kunststofformlingen großer Festigkeit erwies, die physikalische Eigenschaften haben, welche man normalerweise bei Formlingen entsprechender Faser- und Harzzusammensetzung findet, die durch ein Prepreg-Autoklavenverfahren geformt und gebildet wurden. In der Form ist ein fließmittelundurchlässiger äußerer Bogen 1, der mit Vakuumauslässen 2&sub1;, 2&sub2; versehen ist, am Rand mit einem Klebstoff oder Streifen 11 auf einer Formoberfläche 3 abgedichtet, wobei der Raum zwischen der Innenfläche des äußeren Bogens 1 und der oberen Fläche der Formoberfläche 3 dazwischen eine Kammer oder eine Formhöhlung bildet. Der äußere Bogen 1 ist mit Vakuumauslässen 2 und die Formoberfläche 3 mit einem Einlaß 4 versehen, durch welche ein Harz, zweckmäßig ein katalysiertes Harz, der Kammer oder Formhöhlung zugeführt werden kann. Ein zweiter Harzverteilungskanal 12 unterstützt die Verteilung von Harz in dem primären Harzverteilungsmedium 6. Ein an die Vakuumauslässe 2 angelegtes Vakuum kann somit aus der Kammer oder Formhöhlung Gas evakuieren, und in die Kammer oder Formhöhlung eingeführtes Harz wird über ein sekundäres Verteilungsmedium 12 quer zur unteren Fläche des primären Harzverteilungsmediums 6 verteilt.
Die Kammer oder Formhöhlung, die hier betrachtet wird, ist mit zwei primären Harzverteilungsmedien, die allgemein, obwohl nicht notwendigerweise, untereinander strukturell identisch sind, versehen, einem ersten primären Harzverteilungsmedium 5, das zwischen der oberen Fläche einer Auflage 9 und der Innenfläche des fließmittelundurchlässigen äußeren Bogens 1 liegt, und dem zweiten primären Harzverteilungsmedium 6, wie erwähnt, das zwischen der unteren Fläche der Auflage und der Formoberfläche 3 liegt. Gegebenenfalls und, wie hier erläutert, bevorzugt enthält die Kombination auch eine durchlässige Membran, eine perforierte Folie oder dergleichen als eine Abziehschicht, d. h. eine erste Abziehschicht 7, welche physikalisch das erste primäre Harzverteilungsmedium 5 von der oberen Fläche der Auflage 9 trennt, und eine zweite Abziehschicht 8 oder ein harzdurchlässiges Teil, die bzw. das zwischen dem zweiten primären Harzverteilungsmedium 6 und der unteren Fläche der Auflage 9 von gewebter oder verfilzter Faser oder Stoff liegt. Außerdem und vorzugsweise, wie vorgeschlagen, enthält die Kombination auch ein zweites Harzverteilungsmedium 12 für eine raschere Verteilung des Harzes über die Eintrittsfläche des zweiten primären Harzverteilungsmediums. Gemäß dieser einzigartigen strukturellen Kombination von Elementen liefert insbesondere das primäre Harzverteilungsmedium 6, welches einen Verschluß zwischen der unteren Fläche der Auflage 9 und der Formoberfläche 3 verhindert, eine rasche Verteilung von Harz durch das Harzverteilungsmedium 6 und eine Aufbringung von Harz über der gesamten unteren Fläche der Auflage 9, und Harz kann kontinuierlich aufwärts durch das primäre Harzverteilungsmedium 6, die Abziehschicht 8 und in die Auflage 9 von gewebten oder verfilzten Fasern oder Stoff geführt werden. Das Harz kann dann nach gleichmäßiger Benetzung und Imprägnierung der Auflage 9 von gewebten oder verfilzten Fasern oder Stoff hauptsächlich infolge des Vorhandenseins des primären Harzverteilungsmediums 5, welches einen Verschluß zwischen der Innenfläche des fließmittelundurchlässigen äußeren Bogens 1 und der oberen Fläche der Auflage 9 verhindert, um ein gleichmäßiges Anlegen des Vakuums über die Fläche dieses Teils aufrechtzuerhalten, so daß es funktionell primär ein Vakuumverteilungsteil ist, dann leicht durch die Abziehschicht 7, das primäre Harzverteilungsmedium 5 aus der Kammer oder der Formhöhlung über Vakuumauslässe 2 des undurchlässigen äußeren Bogens 1 gehen. Wenn dies leicht beobachtbare Phänomen auftritt oder aufzutreten beginnt, ist die Auflage von gewebten oder verfilzten Fasern oder Stoff allgemein vollständig, gleichmäßig mit dem Harz gesättigt.
In der vorliegenden Vorrichtung ermöglicht die Kombination eines zweiten primären Harzverteilungsmediums 6, gegebenenfalls einer zweiten Abziehschicht 8 und auch einer zweiten Harzverteilungseinrichtung 12, die vorzugsweise in der Innenfläche der Formoberfläche liegt, auf der anderen oder gegenüberliegenden Seite der Auflage 9, daß das Harz freier, kontinuierlicher und aufwärts gegen die Schwerkraft fließt, um die Auflage von gewebten oder verfilzten Fasern oder Stoff vollständig oder gleichmäßig zu sättigen. Die zufriedenstellende Bildung größerflächiger dickerer gewebter oder verfilzter Faserauflagen wird durch diese verbesserte strukturelle Kombination möglich gemacht. Außerdem können Struktureinheiten, wie sie unter Bezugnahme auf diese Figuren beschrieben sind, so arrangiert werden, daß Flächenbegrenzungen weiter beseitigt werden.
Im Betrieb einer Formanordnung, wie sie unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 beschrieben ist, wird in jedem Fall ein Harzverteilungsmedium 6 auf die Formoberfläche 3 und eine Abziehschicht 8 oben auf das Harzverteilungsmedium 6 gelegt. Eine trockene Auflage 9 einer oder mehrerer Schichten eines Stoffes oder von Stoffen wird dann auf die obere Fläche der Abziehschicht 8 innerhalb der Grenzen der Formkammer aufgelegt, und darüber wird eine zweite Abziehschicht 7 und ein zweites primäres Harz-(oder Vakuum-)Verteilungsmedium 5 angeordnet. Der fließmittelundurchlässige äußere Bogen 1 wird dann gegen die Randkanten der Formoberfläche 3 abgedichtet. Das Forminnere oder die Formhöhlung wird dann abgesaugt, und Harz wird über Harzeinlaß 4 eingeführt. Das Harz wird von dem Anfangseinführungspunkt teilweise durch den sekundären Verteilungs kanal 12 in der Fläche der Formoberfläche 3 in das primäre Harzverteilungsmedium 6, über die Kanäle darin zu den äußersten Kanten des Harzverteilungsmediums 6 verteilt, wobei das Harz vertikal aufwärts über die gesamte Fläche des primären Verteilungsmediums 6 fließt, um aufwärts durch die Stoffschichten hindurchzusickern. Der undurchlässige äußere Bogen 1 wird als Ergebnis des angelegten Vakuums abwärts über seine ganze Fläche gegen das obere primäre Harz(oder Vakuum)-Verteilungmedium 5 und die gesamte obere Fläche der Form gezogen, wobei die Stoffschichten dadurch komprimiert werden.
Das Harz fließt frei aufwärts durch die Stoffschichten, die zweite Abziehschicht 7 und das zweite primäre Harz-(oder Vakuum-)Verteilungsmedium 5 zu den Vakuumauslässen 2. Die Harzzufuhr zu dem Harzeinlaß 4 wird dann unterbrochen und der mit Harz imprägnierte Stoff gehärtet. Nachdem das Harz gehärtet wurde, wird das an die Formkammer über den Vakuumeinlaß 2 angelegte Vakuum abgestellt, und der undurchlässige äußere Bogen 1, das primäre Harz-(oder Vakuum-)Verteilungsmedium 5 und der Abziehbogen 7 werden von der flachen kompakten faserverstärkten Kunststoffstruktur abgezogen. Die Abziehschicht 7 erleichtert die Entfernung des undurchlässigen äußeren Bogens 1 und des primären Harz-(oder Vakuum-)- Verteilungsmediums 5 und läßt die Oberfläche des flachen kompakten, faserverstärkten Kunststofformlings zurück, von welchem diese Schichten abgeschält wurden und von welchem eine Oberfläche für das Annehmen eines Anstriches oder gegebenenfalls einer anderen Überzugsart konditioniert ist. Das primäre Harzverteilungsmedium 6 und die Abziehschicht 8 werden ähnlich von der gegenüberliegenden Fläche der gehärteten Auflage nach Entfernung dieser Teile von der Formoberfläche 3 abgestreift. Ohne das Vorhandensein der Abziehschichten 7, 8 sind die Oberflächen, von denen diese Teile entfernt werden, sehr glatt und müssen abgeschliffen oder anderweitig auf der Oberfläche aufgerauht werden, wenn ein Anstrich oder ein anderer Überzug aufgebracht werden soll.
Das in die Formkammer über den Harzeinlaß 4 mit Hilfe des primären Harzverteilungsmediums 6 und des primären Harz-(oder Vakuum-)Verteilungsmediums 5 eintretende Harz fließt kontinuierlich und ohne Unterbrechung über das offene zusammenhängende Netz von Durchgängen von dem Eintrittspunkt in das Verteilungsmedium 6 zu den Randkanten des Harzverteilungsmediums 6 und von dort aufwärts über im wesentlichen die gesamte Fläche durch die Auflage einer oder mehrerer Schichten von Verstärkungsfasern, z. B. verfilzter Glasfasern oder gewebter Glasfasern. Im Gegensatz dazu, aber wegen des Vorhandenseins der Harzverteilungsmedien, würde das in die Formkammer eintretende Harz selbst nach vielen Stunden und mit ständiger Unterstützung eines Drückens und Massierens der Außenoberfläche des undurchlässigen äußeren Bogens nur langsam vom Eintrittspunkt über die Oberfläche des Verstärkungsstoffes nach außen verteilt werden, wobei einiges von dem den Verstärkungsstoff durchdringenden Harz Flächen zurückläßt, die trocken oder unzureichend von dem Harz benetzt sind. In einem solchen Fall tritt eine Kanalbildung auf, die nach dem Härten eine faserverstärkte Kunststoffstruktur mit einem relativ niedrigen Verhältnis von Verstärkungsfaser zu Harz und eine insgesamt ungleichmäßige Struktur von allgemein niedriger Qualität bildet. Vakuumdruck ginge in Bereichen, wo das Harz abdichtet, verloren. Außerdem wäre man unter diesen Bedingungen nicht in der Lage, das Vakuum auf dem Laminat in den Flächen zwischen der Außenkante des Harzvord ringens und der Harzeinlaßöffnung zu halten, wobei dies zu einem Druckverlust auf dem Laminat und zu vermindertem Kontakt zwischen der Faser und dem Harz in diesen Flächen führt.
Die primären Harzverteilungsmedien 5, 6 bestehen an sich aus voneinander beabstandeten Strängen oder Leitungen, die einander kreuzend verlaufen, und ein offenes Muster von getrennt ausgebildeten Abschnitten liefert vertikal ausgerichtete, voneinander beabstandete Stützen oder Pfeiler, welche eine ausgedehnte Anordnung von Stellen liefern, welche den fließmittelundurchlässigen äußeren Bogen 1 oder die Auflage 9 auf der Fläche der Formoberfläche 3 unterstützen und an diesen Stellen einen direkten Kontakt (oder Verschluß) zwischen dem äußeren Bogen 1 oder der Formoberfläche 3 und der Außenoberfläche dieser Stoffschicht oder -schichten verhindern, während das in die Kammer eingeführte Harz durch die seitlichen Öffnungen des Verteilungsmediums zu dessen Außenkanten fließt, um sich auf oder zu oder von den Außenflächen dieser Stoffschicht oder -schichten zu verteilen, welche mit dem Harz gleichmäßig leicht imprägniert werden, wenn ein Vakuum angelegt wird und Harz über den Harzeinlaß in die Kammer eingeführt wird.
Die Stränge oder Leitungen, aus denen das Harzverteilungsmedium aufgebaut ist, bestehen vorzugsweise aus Kunststoffmonofilamenten, die nichtharzabsorbierend sind. Bei einer Ausführungsform sind die Leitungen des Harzverteilungsmediums voneinander beabstandet und kreuzen einander in rechten Winkeln, und Perlen, Pfosten oder Säulen von im wesentlichen gleichmäßigen Abmessungen sind auf einer Seite der Struktur angeordnet, wo die Leitungen einander kreuzen. Die Harzverteilung in einer anderen Ausführungsform ist eine solche, bei der die Leitungen genügende Dicke haben, damit sie einander schneidende Streifen bilden, die als Pfeiler wirken, zwischen welchen seitliche Öffnungen vorgesehen sind, um als Leitungen für den Transport des Harzes zu dienen. Bei noch einer anderen Ausführungsform kann die Harzverteilung als ein gewirkter oder gewebter Stoff ausgebildet sein, von welchem getrennte Abschnitte unter Bildung von Pfeilern oder Pfeilerreihen aufragen, wobei Abstände dazwischen seitliche Kanäle bilden, durch welche Harz frei fließen kann, wenn das Harzverteilungsmedium an seiner Stelle liegt und den äußeren undurchlässigen Bogen und die Faserauflage oder den Stoff, die bzw. der auf der Formoberfläche abgestützt ist, trennt.
In allen diesen Ausführungsformen ist das Harzverteilungsmedium so ausgebildet, daß es einen Verschluß zwischen der Innenfläche des undurchlässigen äußeren flexiblen oder halbflexiblen Bogens und der oberen Oberfläche der Stoffauflage oder zwischen der Formoberfläche und der unteren Fläche der Stoffauflage verhindert. Infolge seiner offenen pfeilerartigen Struktur und des zusammenhängenden Netzes seitlicher Öffnungen, die zwischen diesen Pfeilern liegen, bekommt man ein zusammenhängendes Netz von Durchgängen in allen Richtungen vom Eingangspunkt des Harzes oder fließfähigen Kunststoffes aus über den gesamten Bereich des Verteilungsmediums. Wenn ein Vakuum an die Form angelegt wird, Harz eingeführt wird und der undurchlässige äußere Bogen nach innen auf das Fasermaterial oder die Formoberfläche zusammenfällt, wird somit das in die Form eingeführte Harz ziemlich rasch, kontinuierlich und ohne Unterbrechung über das Netz von Durchgängen vom Eintrittspunkt oder Harzeinlaß aus zu den äußeren Randkanten des Verteilungsmediums und von dort in den Formraum über im wesentlichen die gesamte Fläche des Verteilungsmediums durch den Stoff fließen, der darüber liegt, um die eine oder mehreren Stoffschichten im wesentlichen vollständig mit dem Harz zu sättigen. Die Stoffauflage auf der Form wird im wesentlichen gleichmäßig durch den fließfähigen Kunststoff oder das Harz benetzt, und das Harz(oder Vakuum)-Verteilungsmedium wird gleichzeitig dicht von dem zusammengefallenen undurchlässigen äußeren Bogen gepreßt und ersteres direkt gegen die obere Fläche des Stoffes gepreßt, während das Harz gehärtet wird, um die faserverstärkte Kunststoffstruktur zu bilden.
Speziell wird auf Fig. 3 Bezug genommen, die in besserer Einzelheit ein bevorzugtes primäres Harzverteilungsmedium 5 zeigt, welches allgemeiner in den Fig. 1 und 2 wiedergegeben ist. Das primäre Harz-(oder Vakuum-)Verteilungsmedium 6 ist strukturell identisch mit dem primären Harzverteilungsmedium 5, obgleich jedes einer etwas anderen Funktion in der Gesamtkombination dient. So ist, wie angegeben, die Funktion des primären Harz-(oder Vakuum-)Verteilungsmediums 5 die, das angelegte Vakuum gleichmäßig über die obere Fläche der Abziehschicht 7 und der Auflage 9 zu verteilen und zu verhindern, daß das Vakuum durch das Harz abgedichtet wird. Die Funktion des primären Harzverteilungsmediums 6 besteht andererseits darin, das Harz schnell gleichmäßig über die untere Fläche der Auflage 9 für die rasche und gleichmäßige Durchdringung derselben zu verteilen. Das primäre Harz-(oder Vakuum-)Verteilungsmedium 5, wie es hier betrachtet wird, liegt direkt unter und in direktem Kontakt mit dem undurchlässigen äußeren Bogen 1 Es besteht aus einem offenen Netz nichtquellender, nichtharzabsorbierender Monofilamente, einem ersten Satz voneinander beabstandeter, parallel ausgerichteter Monofilamente 5&sub2;, die zueinander horizontal ausgerichtet sind, und einem zweiten Satz voneinander beabstandeter parallel ausgerichteter Monofilamente 5&sub3;, die vertikal zueinander ausgerichtet sind. Die Sätze von Monofilamenten 5&sub2; bzw. 5&sub3; sind so gelegt, daß ein Satz den anderen in allgemein rechten Winkeln schneidet, wobei die Kontaktpunkte aneinander anhaften, um eine offenmaschige Struktur oder ein offenmaschiges Netz benachbarter Parallelog ramme oder Quadrate zu bilden. An jedem der Schnittpunkte, wo sich die Monofilamente 5&sub2; und 5&sub3; kreuzen, ist eine Perle, ein Pfosten, ein Pfeiler oder ein pfeilerartiges Teil 5&sub1; von im wesentlichen gleicher Länge vorgesehen, deren oberes Ende an der unteren Fläche der sich kreuzenden Monofilamente 5&sub2;, 5&sub3; anhaftet, während ihr unteres Ende im wesentlichen abwärts oder senkrecht zu der von der offenen Maschenstruktur gebildeten Ebene ragt. Die zylindrisch geformten Stützen 5&sub1; sind somit in irgendeiner bestimmten Richtung im wesentlichen gleich beabstandet, wobei die oberen Enden jeweils gegen die Innenfläche des undurchlässigen äußeren Bogens 1 pressen, während die unteren Enden jeweils auf der gegebenenfalls eingeführten Trennschicht 7 ruhen, welche über der oberen Oberfläche der Deckschicht der Auflage 9 von gewebten Fasern oder Vlies, z. B. Glastuch, liegt. Das primäre Harzverteilungsmedium 6 besteht andererseits aus Strukturelementen 6&sub1;, 6&sub2;, 6&sub3; entsprechend den Strukturelementen 5&sub1;, 5&sub2; und 5&sub3; des primären Harz(oder Vakuum-)Verteilungsmediums 5. Die Stützen 6&sub1; tragen die offene Struktur, die von den Monofilamenten 6&sub2;, 6&sub3; gebildet wird, auf welcher die Abziehschicht 8 ruht. Die unteren Enden der Pfeiler 6&sub1; ihrerseits ruhen auf der Formoberfläche 3 und verhindern einen Verschluß der Formoberfläche 3 mit der unteren Fläche der Abziehschicht 8 oder Auflage 9. Wenn ein Vakuum an die Verbundstruktur angelegt wird, wird der äußere undurchlässige Bogen 1 abwärts sehr dicht gegen das Harz-(oder Vakuum-)Verteilungsmedium 5 gepreßt, während er von den Pfeilern 5&sub1; unterstützt wird, um ein zusammenhängendes Netz von offenen Durchgängen zwischen der Innenfläche des äußeren undurchlässigen Bogens 1 und der oberen Fläche der Abziehschicht 7 oder der oberen Fläche der Deckschicht des Stoffes 9, wenn die Abziehschicht 7 nicht vorhanden ist, zu ergeben. Ein angelegtes Vakuum wird gleichmäßig über das gesamte Harz-(oder Vakuum-)Verteilungsmedium 5 angelegt. Folglich wird ein flüssiger Kunststoff oder ein flüssiges Harz, die über den Harzeinlaß 4 in das primäre Harzverteilungsmedium 6 eingeführt und gleichmäßig auf der unteren Fläche der Auflage 9 bei Anlegen eines Vakuums aufgebracht werden, leicht aufwärts durch die Öffnungen des Harzverteilungsmediums 6 gehen und fast ohne Versperrung durch die Auflage 9 fließen. Im wesentlichen die gesamte Fläche des Harzverteilungsmediums 6 zwischen den Pfeilern 6&sub1; wird somit von dem flüssigen Kunststoff oder Harz gefüllt, von wo das Harz direkt auswärts und aufwärts durch die Schicht oder Schichten geht oder sickert, um die Stoffauflage 9 im wesentlichen vollständig, gleichmäßig "zu benetzen". Wenn das Vakuum einmal angelegt ist und der Harzfluß über Leitung 4 zu dem System eingeleitet wurde, fließt das Harz ohne Unterbrechung und ohne Drücken oder Massieren des äußeren Bogens 1 durch einen Arbeiter. Das angelegte Vakuum stellt die einzige Antriebskraft für das Harz dar, und so lange es besteht, selbst wenn die Vakuumpumpe abgestellt ist, wird das Harz weiter ohne Hilfe oder Unterstützung eines Arbeiters fließen.
Eine zweite Form des Harzverteilungsmediums ist unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben. Bezieht man sich auf Fig. 4, so ist dort eine gitterartige Struktur 20 gezeigt, die aus zwei Sätzen voneinander beabstandeter, parallel ausgerichteter Streifen besteht, einem ersten Satz von Streifen 21 und einem zweiten Satz von Streifen 22, die in rechten Winkeln zu dem ersten Satz von Streifen verlaufen. Die Struktur 20, die eine oder beide der Strukturen 5 oder 6 in der Formanordnung ersetzt, welche unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 beschrieben ist, liefert somit ein offenes Netz von stützenartigen Teilen, um (A) den undurchlässigen äußeren Bogen 1 in einer Höhe oberhalb der Abziehschicht 7 oder der oberen Fläche der Deckschicht des Stoffes 9, wenn die Abziehschicht 7 nicht vorhanden ist, zu versteifen und zu unterstützen oder (B) die Abziehschicht 8 und die Auflage 9 oder die Auflage 9, wenn die Abziehschicht 8 nicht vorhanden ist, zu versteifen und zu unterstützen, während man gleichzeitig ein Netz zusammenhängender Öffnungen zum gleichmäßigen Anlegen eines Vakuums oder für den Durchgang und die kontinuierliche Verteilung des Harzes von dem Einlaßpunkt 4 zu den Randkanten des Harzverteilungsmediums 6 und dem Durchgang durch die Auflage 9 bekommt. Beispielsweise würde Harz bei Anlegen eines Vakuums so aufwärts vom Einlaß 4 in die seitlich ausgerichteten Öffnungen zwischen oberen Streifen 21, deren obere Oberflächen zum Beispiel in direktem Kontakt mit der unteren Fläche der Abziehschicht 8 oder der Auflage 9, wenn eine Abziehschicht 8 nicht vorhanden ist, stehen, in die aufwärts vertikal mündenden Öffnungen zwischen Streifen 21, 22 fließen. Von dort würde das Harz seitlich zwischen parallel ausgerichteten Kanälen zwischen Streifen 22, deren Bodenflächen auf der Formoberfläche 3 ruhen, zu den Seitenkanten des Verteilungsmediums 20 fließen. Das Harz, das im wesentlichen gleichmäßig über die untere Fläche der Abziehschicht 8 oder die untere Fläche des Stoffes 9, wenn die Abziehschicht nicht vorhanden wäre, verteilt wurde, würde dann aufwärts durch die Stoffschicht oder Stoffschichten 9 sickern.
Die obenbeschriebenen primären Harzverteilungssysteme sind derzeit bevorzugt, doch werden viele andere äquivalente Strukturen gleichermaßen den Zwecken der vorliegenden Erfindung dienen. Eine solche Struktur umfaßt einen Stoff, der aus einem nichtquellenden, nichtharzabsorbierenden Monofilament gewirkt oder gewebt ist, wobei dieser Stoff an beabstandeten Stellen über die gesamte Stofffläche örtlich gesteigerte Masse bildet, welche als Abstandshalter dient, um die Schicht oder Schichten von harzimprägnierter Faserverstärkung im Abstand jeweils von der Formoberfläche und dem Deckbogen zu halten.
Nun wird auf Fig. 5, die mehrere übereinandergelagerte Einheiten zeigt, wie sie bei der Konstruktion eines großen Bootskörpers verwendet werden, Bezug genommen. Diese Figur zeigt zum Zwecke einer Erläuterung eine Hälfte eines Bootskörpers (eine benachbarte ähnliche Anordnung besteht aus seinem Spiegelbild), wobei die vorderen und hinteren Abschnitte zur Vereinfachung der Zeichnung weggelassen wurden. Die Figur erläutert allgemein eine Formoberfläche 40, in diesem Falle eine Patrize, in welcher mehrere voneinander beabstandete Harzeinlässe 41&sub1;, 41&sub2;, 41&sub3; vorgesehen sind, durch welche jeweils Harz einzeln aus einer Zufuhrquelle zu der Formoberfläche zugeführt werden kann. Die Außenfläche oder Formstützfläche ist mit Nuten 42 oder Oberflächenvertiefungen versehen, die als ein sekundäres Harzverteilungsmedium wirken, um Harz zu der Fläche zu führen, die die Harzeintrittspunkte umgibt. Beim Einrichten der Anordnung für die Verwendung wird zunächst ein primäres Harzverteilungsmedium 36 an seine Stelle auf der Formoberfläche 40 aufgelegt, und darüber wird eine Abziehschicht 38 angeordnet. Eine Auflage 39 aus einer oder mehreren Schichten von gewebten oder verfilzten Fasern oder aus Stoff wird dann oben auf die Abziehschicht 38 aufgelegt. Über der Auflage 39 wird eine zweite Abziehschicht, eine perforierte oder harzdurchlässige Folie 37 aufgelegt, und darüber wird ein zweites primäres Harzverteilungsmedium 35 gelegt. Diese Anordnung wird dann mit einem fließmittelundurchlässigen äußeren Bogen 31 bedeckt, der mit Vakuumauslässen 32&sub1;, 32&sub2; versehen ist und dessen Umriß mit jenem der Formoberfläche 40 übereinstimmt. Wenn der Bogen 31 an seiner Stelle fixiert ist und die (nicht gezeigten) Kanten vollständig abgedichtet sind, bedeckt der Bogen die verschiedenen auf der Formoberfläche 40 abgestützten Schichten und liefert eine benachbarte Kammer oder Formhöhlung, an welche ein Vakuum angelegt werden kann und welcher ein Harz zugeführt werden kann. Über die Harzeinlässe 41&sub1;, 41&sub2;, 41&sub3; zugeführtes Harz verteilt sich somit seitlich nach außen und bewegt sich aufwärts auf der Formoberfläche mit Hilfe des sekundären Harzverteilungsmediums 42 und besonders des primären Verteilungsmediums 36 unter Bedecken seiner gesamten Oberfläche, von welcher es gleichmäßig nach außen und nach oben durch die Abziehschicht 38 und die Abziehschicht 39 geführt wird. Das Harz fließt infolge der Anwesenheit des primären Harzverteilungsmediums 36 und des primären Harz(oder Vakuum-)Verteilungsmediums 35 kontinuierlich durch die Auflage 39 und benetzt diese sorgfältig und bewegt sich zu den Vakuumauslässen 32&sub1;, 32&sub2;, wobei zu diesem Zeitpunkt der Harzfluß zu den Harzeinlässen 41&sub1;, 41&sub2;, 41&sub3; abgebrochen wird. Das Harz wird dann gehärtet. Die äußeren Schichten, die aus dem undurchlässigen äußeren Bogen 31, dem primären Harzverteilungsmedium 35 und der Abziehschicht 37 bestehen, werden dann von dem faserverstärkten Harzverbundboots körper abgezogen. Der Verbundbootskörper wird dann von der Formoberfläche 40 entfernt, und die Schichten, die aus der Abziehschicht 38, dem primären Harzverteilungsmedium 36 bestehen, werden dann von der gegenüberliegenden Fläche des Bootskörpers abgezogen.
Das gleiche Konzept ist auf die Bildung eines faserverstärkten Harzverbundbootskörpers unter Verwendung einer Matrize anwendbar. In diesem Fall liefert die gegenüberliegende oder Innenfläche der Form 40 die Oberfläche, auf welcher die primären Harzverteilungsmedien 35, 36, die Abziehschichten 37, 38 und die Auflage 39 angeordnet werden und über welcher der profilierte fließmittelundurchlässige äußere Bogen 31 als eine Bedeckung vorgesehen wird.
Nach dem Zusammenbau der für die Bildung des Laminates erforderlichen Komponenten kann ein sehr großflächiger faserverstärkter Harzverbundwerkstoff im Bereich von flach bis stark profiliert leicht durch sorgfältige Steuerung des angelegten Vakuums und Zeitgebung für die Harzeinspritzung, so daß ein Harz selbst ein vertikales Laminat "erklimmen" kann und nach und nach, während das Verfahren fortschreitet, geliert, gebildet werden. Laminierte Strukturen mit Dicken im Bereich von etwa 1/32 in bis 4 in (0,8 bis 102 mm) und größer, die große Festigkeit haben, können leicht nach der Praxis dieser Erfindung gebildet werden. Außerdem können leicht laminierte Formlinge mit Oberflächen im Bereich von flach bis stark profiliert und mit Flächen im Bereich von etwa 1 bis 5000 ft² (0,1 bis 465 m²) und größer nach dem Verfahren dieser Erfindung gebildet werden.
Die folgenden nichtbeschränkenden Beipiele dienen der weiteren Erläuterung dieser Erfindung. Die hier beschriebene Technik erwies sich selbst als gut geeignet für die Herstellung geschichteter Verbundwerkstoffe mit sehr großer Fläche und Dicke im Bereich von flach bis stark profiliert, wie sie bisher nicht verfügbar waren. Beispielsweise macht es die Technik dieser Erfindung durchführbar, Platten einer Fläche, die vielfach größer als 8 x 1 6 ft (2,4 x 4,5 m) ist, was etwa die maximale Größe ist, die bisher verfügbar war, zu formen.

Beispiel 1

Ein laminierter Bogen aus Glasfaser und Vinylharz wurde nach der unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 beschriebenen Technik durch Einspritzen von 3000 Unzen/yd² (101 kg/m²) Faserglasgewebe vom Typ E hergestellt. Die fertige Laminatdicke war 2,7 in (6,9 cm) oder 0,0009 in (0,02 mm) je Unze (28,35 g) Gewebe. Dies ist mit einer durchschnittlichen Dicke je Unze (28,35 g) von Gewebe mit 0,001 5 in (0,038 mm) für handgelegtes Gewebe zu vergleichen. Das handgelegte Laminat hat ein Verhältnis von Verstärkung zu Harz von 50 Gew.-%, und das nach dem Verfahren und mit der Appartur dieser Erfindung hergestelltes Laminat hat ein Verhältnis von Verstärkung zu Harz von 75 Gew.-%. Der Harzfluß wird auf etwa das Doppelte der Menge geschätzt, die nach dem früheren Verfahren und mit der früheren Apparatur erhältlich war.

Beispiel 2

Ein Abschnitt eines Bootskörpers von 50 ft (15 m) wurde aufgebaut, um das Einspritzen eines Teils jener Größe zu simulieren. Drei Harzeinlässe und Verteilungskanäle wurden in dem Formabschnitt in gleichem Abstand in der vertikalen Richtung angeordnet, wobei die Verteilungskanäle horizontal in gleicher Höhe wie die Einlaßöffnungen verliefen. Vakuumöffnungen wurden nur auf der Oberseite (simulierter Kiel) und am Boden (simuliertes Schanzdeck) der Form angeordnet, um ein Einspritzszenarium zu erzeugen, um den Bootskörper in voller Größe nachzuahmen. Harz wurde zunächst in die dem Boden am nächsten liegende Öffnung eingespritzt, man ließ es durch das Laminat fließen, bis visuell beobachtet wurden, daß es auf der Höhe der zweiten Öffnung war, die erste Öffnung wurde verschlossen und die zweite geöffnet. Diese Folge wurde wiederholt, wenn beobachtet wurde, daß das Harz die zweite Öffnung erreichte, wenn die zweite Öffnung geschlossen und die dritte geöffnet war. Wenn das Harz den Kiel erreichte, wurde die oberste Öffnung verschlossen und war die Einspritzung abgeschlossen.
Man ließ das Laminat aushärten und streifte es von der Form ab. Messungen wurden in verschiedenen vertikalen Positionen durchgeführt, um die Dicke des Laminates zu bestimmen. Es wurden keine wesentlichen Dickevariationen beobachtet, vorausgesetzt, daß die gestufte Harzeinspritzung einen beständigen Vakuumdruck über den gesamten vertikalen Abstand des Bootskörperabschnittes aufrechterhielt. Die Dickemessungen zeigten, daß das Verhältnis von Verstärkung zu Harz im Bereich von 70 bis 75 % lag. Die Qualität des Laminats wurde in jeder Hinsicht als gut angesehen, ausgenommen, daß keine Oberfläche des Laminats eine glatte gelbeschichtete Oberfläche hatte. Dies wird aber nicht als ein wesentlicher Faktor bei der Herstellung eines extrem großen Bootskörpers angesehen, der die anderen wesentlichen Vorteile erhielt, die man nach dem Verfahren und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung bekommt, nämlich
hohe Verhältnisse von Festigkeit zu Gewicht,
Laminate mit niedrigem Hohlraumgehalt,
geringe Dampfemissionen und
Formen mit niedrigen Kosten.

Beispiel 3

Ein Demonstrationsteil wird als ein Teil eines Projektes aufgebaut, um ein insgesamt aus Aluminium bestehendes Struktursystem in einem Außenbrennstofftank für Luftraumverwendung zu ersetzen.
Das Teil schließt ein mit Kohlenstoffaser/Epoxyharzrippen verstärktes rundes Bauteil ein. Dieses Teil ist normalerweise extrem schwierig herzustellen, da es viele kleine einstückige Versteifungen vom Huttyp auf diesem Teil gibt, die gleichzeitig mit dem Rest des Teils geformt werden müssen. Eine Anordnung der Einlaßöffnungen in der Vakuumfolie und der durchlässigen Leitung über dem Teil erwies sich als extrem schwierig, da die hutartigen Versteifungen dazu neigten, leicht aus ihrer Stellung herausbewegt zu werden, während die Harzeinlässe und die durchlässigen Leitungen angeordnet werden. Die Lösung für dieses Problem ergab sich durch das Verfahren und die Vorrichtung nach dieser Erfindung, da der Harzeinlaß und die durchlässige Leitung Teil der Form sind und die Vakuumfolie nicht auf die Harzeinlässe und durchlässigen Leitungen aufgepaßt werden muß.
Das Verfahren und die Vorrichtung nach dieser Erfindung arbeiten gut mit diesem Projekt, und anfängliche Teile wurden mit Luftraumqualität und Luftraumfasergehalten hergestellt. Von Teilen am Ende erwartet man, daß sie Fasergehalte im Bereich von 60 Vol.-% haben, was so gut ist, wie durch andere Luftraumherstellungstechniken erreicht wird, einschließlich der viel teureren Prepreg-Autoklaventechniken.
Das Verfahren und die Vorrichtung dieser Erfindung liefern mehrere deutliche Vorteile:
a) Bei der Herstellung präziser Teile, die schwierige Formmerkmale, wie angeformte Strukturrippen usw. haben, die einen Paßsitz mit dem Harzeinlaß und der durchlässigen Leitung in den undurchlässigen äußeren Bogen über dem Teil auf der Form haben müssen, können extrem schwierig und in einigen Fällen fast unmöglich ohne Störung der genauen Anordnung von trockenen Verstärkungen und Rippenkernen und dergleichen sein. In diesen Fällen kann das permanente Einbauen des Harzeinlasses und der Harzleitung in die Form die Konstruktion dieser präzisen Teile möglich machen.
b) Bei der Herstellung sehr großer Teile, wie eines großen Bootskörpers, hat die Anordnung des Harzeinlasses und der durchlässigen Leitung in der Vakuumfolie deutliche physikalische Schwierigkeiten. Spezielle Abstufung kann einzubauen sein, um alle Bereiche des Werkstückes zu erreichen, das hergestellt wird, ohne die Vakuumfolie zu zerstören oder die Anordnung der trockenen Verstärkung zu stören. Außerdem ergibt auch das Halten der durchlässigen Leitung in geeigneter Ausrichtung Schwierigkeiten, wenn man über einer sehr großen Fläche arbeitet. Mit dem Harzeinlaß und der durchlässigen Leitung permanent in die Form eingebaut beseitigt man diese Probleme.
c) Bei der Herstellung sehr großer Teile, wie eines großen Boots körpers, kann es erforderlich sein, daß das Harz vertikal über einigen Abstand wandert, in einigen Fällen 20 bis 30 ft oder mehr (6 bis 9 m). Wenn nicht spezielle Vorkehrungen hierfür getroffen werden, variieren die Vakuumdrücke auf das Laminat stark über den vertikalen Bereich des Bootskörpers. Wenn der Abstand, über den das Harz wandern muß, größer als eine spezielle Größe ist (je nach der Viskosität des Harzes wird diese kleiner als 33 ft [10 m], das theoretische Maximum für Vakuumanhebung sein), wird das Harz überhaupt nicht fließen. Dieses Problem wird durch Stufung der Harzeinführung gelöst, welche durch Anordnung von Harzeinlässen und Leitungen in einem bequemen Abstand, wie alle 3 ft (0,9 m), und Einspritzung des Harzes auf einer Höhe zu einer Zeit erfolgt. Das Harz kann auch bei der Härtung so abgestuft werden, daß die unteren Höhen härten, bevor die oberen Höhen eingespritzt werden. Unter Verwendung dieses Verfahrens können sehr große Bootskörper durch Einspritzen erhalten werden, und der Vakuumdruck auf das Laminat kann in annehmbaren Grenzen in allen Teilen des Laminates gehalten werden. Wenn man die Harzeinlässe und Leitungen permanent als Teil der Form hat, erleichtert dies das Verfahren stark, da die Anordnung präzise und immer die gleiche für Bootskörper auf Bootskörper ist.
d) Der Fortschritt des Harzeinspritzens ist leichter zu überwachen. In dem früheren Verfahren wird das Harz über der Oberfläche des Laminates eingespritzt und sickert dann durch die Verstärkung, um die Verstärkung auf dem ganzen Weg zur Formoberfläche zu benetzen. Bei dem vorliegenden Verfahren wird das Harz an der Formoberfläche eingespritzt und sickert dann auswärts zu der Oberfläche. Wenn das Harz die Oberfläche erreicht, wurde die gesamte Verstärkung benetzt und ist die Einsprizung abgeschlossen. Der Punkt, an welchem die Einspritzung abgeschlossen ist, ist viel leichter zu überwachen, da das Voranschreiten des Harzes visuell überwacht werden kann.
e) Die Örtlichkeit von Leckagen in dem undurchlässigen äußeren Bogen ist leichter zu finden. In dem früheren Verfahren können Leckagen in dem äußeren Bogen lokalisiert werden, indem man kleine Luftblasen in dem Harz beobachtet, während sie durch das primäre Verteilungsmedium wandern. Dies ist kein Problem bei kleinen Teilen, wo nahe visuelle Inspektion leicht ist. Große Teile sind jedoch schwieriger zu überwachen, da ihre gesamte Fläche von einem geübten Auge sorgfältig geprüft werden muß. In diesem Verfahren zeigt sich das Vorhandensein einer Vakuumleckage durch einen Bereich der Verstärkung, der nicht mit dem Harz benetzt wird. Das Vorhandensein eines solchen Bereiches ist selbst durch einen zufälligen Beobachter schnell feststellbar und kann leicht repariert werden.
Die Verhältnisse von Faser zu Harz der Materialien mit sehr hoher Festigkeit, die nach dem Verfahren dieser Erfindung hergestellt wurden, stehen in günstigem Vergleich mit Platten ähnlicher Konstruktion, die nach Prepreg-Autoklaventechniken hergestellt wurden, und enthalten die doppelten Verhältnisse von Faser zu Harz gegenüber Platten, die nach den bekanntesten Preßspritztechniken hergestellt wurden.
Die Viskositäten von Harzen, die gemäß der hier beschriebenen Erfindung erfolgreich verwendet wurden, liegen im Bereich von etwa 200 bis etwa 1000 cps (0,2 bis 1 Pa.s), und Harze mit höherer Viskosität können verwendet werden, obwohl der Verfahrenszyklus erhöht werden kann.
Die hier beschriebenen Techniken können etwas variiert werden, ohne vom Gedanken dieser Erfindung abzuweichen, wie för den Fachmann auf der Hand liegt.
Faserverstärkungsmaterialien an sich sind bekannt, und ein großer Bereich solcher Materialien kann gemäß dieser Erfindung verwendet werden. Solche Materialien schließen beispielsweise Glas-, Aramid-, Graphit-, Borfaser und dergleichen ein. Das gleiche gilt für Harze, und diese schließen zum Beispiel Epoxyharze, Polyesterharze, Vinylesterharze und dergleichen ein.

Claims

1. Verfahren zur Vakuumherstellung von faserverstärkten Harzverbundwerkstiicken, bei dem man eine oder mehrere Schichten von Faserverstärkung auf einer Formoberfläche (3) auflegt und dabei eine Auflage (9) bildet, einen fließmittelundurchlässigen flexiblen Deckbogen (1) über der Auflage (9) anordnet, am Umfang den flexiblen Deckbogen (1) gegen die Formoberfläche (3) um die Auflage (9) herum abdichtet, ein härtbares Harz in eine Formhöhlung einspritzt, die auf einer Seite von der Formoberfläche (3) und auf der anderen Seite von dem fließmittelundurchlässigen flexiben Deckbogen (1) begrenzt ist, und dabei die Auflage (9) mit dem Harz imprägniert und das eingespritzte Harz härten läßt oder eine solche Härtung bewirkt, während man ein Vakuum an die Formhöhlung anlegt, um dabei den flexiblen Deckbogen (1) unter Vakuum zu der Formoberfläche (3) zu ziehen und Druck auf das Verbundwerkstück während des Härtungsverfahrens auszuüben, wobei in der Formhöhlung zwischen der Auflage (9) und dem flexiblen Deckbogen (1) ein Harzverteilungsteil (5) angeordnet ist, das ein sich kreuzendes Netz von in Abstand voneinander angeordneten Harzverteilungskanälen liefert und zwischen dem sich kreuzenden Netz von im Abstand angeordneten Harzverteilungskanälen mehrere Abstandshalter liefert, die dazu dienen, die Auflage (9) im Abstand von dem flexiblen Deckbogen (1) zu halten, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Harzverteilungsteil (6) zwischen der Auflage (9) und der Formoberfläche (3) vorgesehen ist, wobei das zweite Harzverteilungsteil (6) auch ein sich kreuzendes Netz von im Abstand voneinander angeordneten Harzverteilungskanälen und mehrere Abstandshalter liefert, die dazu dienen, die Auflage (9) und die Formoberfläche (3) im Abstand voneinander zu halten, daß die Formoberfläche (3) wenigstens einen Harzverteilungstrog (12'; 42) und einen Harzeinlaß (4) für die Aufnahme und Abgabe von Harz in den oder jeden Trog (12'; 42) hat und daß der flexible Deckbogen (1) wenigstens einen Vakuumauslaß (2) hat, der so angeordnet ist, daß er über der Auflage (9) ist, wobei die Anordnung es erlaubt, daß das Harz kontinuierlich, frei und direkt ohne Schwerkraftunterstützung fließt, um die Auflage (9) über ihrer gesamten Fläche von der Stelle der Harzeinführung zum Umfang der Auflage (9) hin zu impräg nieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem jedes der Harzverteilungsteile (5, 6) von einem offenen Netz einander schneidender, nichtquellender, nichtharzabsorbierender Monofilamente gebildet wird, die in zwei einander schneidenden parallelen Sätzen (5&sub2;, 5&sub3;; 6&sub2;, 6&sub3;) angeordnet sind, wobei jeder einen parallelen Satz von Harzverteilungskanälen zwischen den Monofilamenten begrenzt und wobei an jeder Schnittstelle dieser Monofilamente ein sich erhebender Pfeiler (5&sub1;; 6&sub1;) vorgesehen ist und wobei diese Pfeiler dazu dienen, je nachdem die obere oder untere Oberfläche der Auflage (9) im Abstand von dem flexiblen Deckbogen (1) oder der Formoberfläche (3) zu halten.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem jedes der Harzverteilungsteile (5, 6) von einer gitterartigen Struktur (20) gebildet wird, die aus zwei Sätzen paralleler Streifen (21, 22) eines nichtquellenden, nichtharzabsorbierenden Materials übereinander unter Bildung eines Gitters besteht, wobei die Streifen (21, 22) eines jeden Satzes im Abstand voneinander angeordnet sind, um dazwischen einen parallelen Satz von Harzverteilungs kanälen zu bilden.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, bei dem die parallelen Sätze von Harzverteilungskanälen einander im wesentlichen in rechten Winkeln schneiden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Harzverteilungsteile (5, 6) jeweils einen gewirkten oder gewebten Stoff aus einem nichtquellenden, nichtharzabsorbierenden Monofilament umfassen, wobei die Abstandshalter von Bereichen örtlich vermehrter Masse in dem gewirkten oder gewebten Stoff gebildet werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem ein flexibler Bogen von harzdurchlässigem Material zwischen der Auflage (9) und dem Harzverteilungsteil (5, 6) auf einer Seite oder auf beiden Seiten der Auflage (9) angeordnet wird, um eine Abziehschicht (7, 8) auf einer Seite oder auf beiden Seiten des geformten Verbundwerkstückes zu liefern, und bei dem am Ende des Formverfahrens und nach Entfernung des geformten Verbundwerkstückes aus der Form jene abziehbare Schicht (7, 8) je nachdem von einer Seite oder von beiden Seiten des Verbundwerkstückes abgezogen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das faserverstärkte Harzverbundwerkstück insgesamt ein Bootskörper oder ein Teil desselben ist.

8. Vorrichtung zur Vakuumherstellung faserverstärkter geformter Harzverbund werkstücke mit

einer Form, die eine Formoberfläche (3) liefert, welche die erwünschte Gestalt des geformten Verbundwerkstückes definiert,

einem fließmittelundurchlässigen flexiblen Deckbogen (1), der über der Formoberfläche (3) positionierbar ist, um dazwischen eine Formhöhlung zu begrenzen,

Einrichtungen (11) zum Abdichten des Umfangs des flexiblen Deckbogens (1) gegen die Formoberfläche (3), um die Formhöhlung abzudichten,

Einrichtungen (4) zum Einspritzen eines härtbaren Harzes in die Formhöhlung zur Imprägnierung einer Auflage (9) von Faserverstärkung, wenn diese in der Formhöhlung über der Formoberfläche (3) positioniert ist,

Einrichtungen (2) zum Anlegen eines Vakuums an die Formhöhlung, um den flexiblen Deckbogen (1) zu der geformten Oberfläche hin zu ziehen und dabei Druck auf das Verbundwerkstück während des Formens und Härtens des Harzes auszuüben und

einem Harzverteilungsteil (5), das in der Formhöhlung zwischen der Auflage (9) und dem flexiblen Deckbogen (1) positionierbar ist und ein sich kreuzendes Netz von im Abstand voneinander angeordneten Harzverteilungskanälen und ein Muster von Abstandshaltern, die dazu dienen, die Auflage (9) im Abstand von dem flexiblen Deckbogen (1) zu halten, liefert,

dadurch gekennzeichnet, daß

ein zweites Harzverteilungsteil (6) zwischen der Auflage (9) und der Formoberfläche (3) positionierbar ist, wobei dieses zweite Harzverteilungsteil (6) auch ein sich kreuzendes Netz von im Abstand voneinander angeordneten Harzverteilungskanälen und mehrere Abstandshalter, die dazu dienen, die Auflage (9) im Abstand von der Formoberfläche (3) zu halten, liefert,

die Formoberfläche (3) wenigstens eine Harzverteilungswanne (12; 42) und einen Harzeinlaß (4) zur Aufnahme und Abgabe von Harz in den oder jede Wanne (12; 42) hat und

die Vakuumanlegungseinrichtung wenigstens einen Vakuumauslaß (2) in dem flexiblen Deckbogen (1) umfaßt und so angeordnet ist, daß sie über der Auflage (9) ist, wobei die Anordnung es erlaubt, daß das Harz kontinuierlich, frei und direkt ohne Schwerkraftunterstützung fließt, um die Auflage (9) über ihre gesamte Fläche von der Stelle der Harzeinführung zu dem Umfang der Auflage (9) hin gleichmäßig und vollständig zu imprägnieren.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der jedes der Harzverteilungsteile (5, 6) von einem offenen Netz von einander schneidenden, nichtquellenden, nichtharzabsorbierenden Monofilamenten gebildet wird, die in zwei einander schneidenden parallelen Sätzen (5&sub2;, 5&sub3;; 6&sub2;, 6&sub3;) angeordnet sind, wobei jeder einen parallelen Satz von Harzverteilungskanälen zwischen den Monofilamenten begrenzt und an jeder Schnittstelle der Monofilamente ein erhabener Pfeiler (5&sub1;; 6&sub1;) vorgesehen ist, wobei diese Pfeiler dazu dienen, je nachdem die obere oder untere Oberfläche der Auflage (9) im Abstand von dem flexiblen Deckbogen (1) oder der Formoberfläche (3) zu halten.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der jedes der Harzverteilungsteile (5, 6) von einer gitterartigen Struktur (20) gebildet wird, die aus zwei Sätzen paralleler Streifen (21, 22) eines nichtquellenden, nichtharzabsorbierenden Materials übereinander unter Bildung eines Gitters angeordnet besteht, wobei die Streifen (21, 22) jedes Satzes so voneinander beabstandet sind, daß sie dazwischen einen parallelen Satz von Harzverteilungskanälen bilden.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, bei der die parallelen Sätze von Harzverteilungskanälen einander im wesentlichen in rechten Winkeln schneiden.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Harzverteilungsteile (5, 6) jeweils einen aus einen nichtquellenden, nichtharzabsorbierenden Monofilament gewirkten oder gewebten Stoff umfassen, wobei die Abstandshalter von Flächen örtlich vermehrter Masse in dem gewirkten oder gewebten Stoff gebildet werden.

1 3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, welche zusätzlich wenigstens einen und vorzugsweise zwei Bögen (7, 8) von harzdurchlässigem Material umfaßt, das in der Formhöhlung zwischen der Auflage (9) und einem oder beiden Harzverteilungsteilen (5, 6) positionierbar ist, wobei die Bögen (7, 8) von harzdurchlässigem Material aus einem Material bestehen, welches von der Oberfläche des geformten Verbundwerkstückes am Ende des Formverfahrens abziehbar ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 1 3, bei der die Formhöhlung insgesamt einen Bootskörper oder einen Teil desselben begrenzt.