DE69508218T2

DE69508218T2 - Laminierte Glasfaserplatte

Info

Publication number: DE69508218T2
Application number: DE69508218T
Authority: DE
Inventors: Jack E. Compston; Donald E. Dickson; Carl J. Waever; Rodney R. Wilkins
Original assignee: Hollinee Corp
Current assignee: Hollinee Corp
Priority date: 1994-12-21
Filing date: 1995-12-14
Publication date: 1999-10-14
Anticipated expiration: 2015-12-15
Also published as: US5695848A; EP0721025B1; CA2165757A1; US5908596A; CA2165757C; EP0721025A1; DE69508218D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Glasfaserlaminatplatte sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausdehnen, Formen und Verformen der verdichteten Glasfasermatten, mit denen diese Platte hergestellt wird.
Die Technologie zur Herstellung einer verdichteten Matte aus Glasfasersträngen ist im Fachgebiet bekannt, und das System ist ziemlich gut beschrieben in US-A-2 546 230, 2 609 320 und 2 964 439 von Modigliani. Die Patente beschreiben jeweils einen Schmelzofen, der schmelzflüssiges Glas zu Spinndüsen schickt. Diese erzeugen feine Glasfasern, die wiederum um eine Spinntrommel gewickelt werden. Beim Abwickeln der Fasern auf die Drehtrommel wird ein wärmehärtbares Harz auf die Oberfläche aufgetragen, so dass die Fasern an ihren überlappenden Verbindungen zwischen den Schichten gehalten werden.
Der Ofen und die Spinndüsen bewegen sich im Verlauf des Arbeitsvorganges gewöhnlich in Längsrichtung der Drehtrommel. Die Bewegung des Ofens zur Trommel erfolgt relativ langsam, wohingegen sich die Trommel relativ schnell bewegt, so dass eine Vielzahl von Glasfaserschichten erzeugt wird.
Nachdem die Fasern eine geeignete Dicke erreicht haben, wird die verdichtete Matte durch einen Schnitt durch die Matte parallel zur Trommelachse von der Trommel abgetrennt. Anschließend wird die verdichtete Matte auf einem Förderband abgelegt, das sich sehr langsam in Längsrichtung bewegt. Die abgetrennte verdichtete Matte ist gewöhnlich rechteckig, und die Fasern sind überwiegend fortlaufend und ragen in einer zur Laufrichtung des Förderbandes gewöhnlich senkrechten Richtung vollständig über die Breite der Matte.
Am Austrittsende des Förderbandes drückt eine Bremswalze die verdichtete Matte gegen das Förderband, welches von einer entgegengesetzt rotierenden Stützwalze gehalten wird. Das Vorderende der verdichteten Matte hinter der Bremswalze wird in Längsrichtung auf das 500- oder 600fache der ursprünglichen Länge der verdichteten Matte gedehnt oder verlängert. Die Dehnung ist ein kontinuierlicher Prozess, bei dem das Vorderende in Längsrichtung gezogen wird und die Einspann-Bremswalze die Vorwärtsbewegung der restlichen verdichteten Matte minimiert.
Die Matte lockert sich vertikal beim Ausdehnen in Längrichtung zu einer Konsistenz ähnlich der von Zuckerwatte. Die quer verlaufenden Fasern werden in Längsrichtung gezogen, so dass die Fasern sich drehen und umorientiert werden und in Bezug auf die Längsrichtung einen Winkel von 45º oder mehr annehmen, wenn die Matte gedehnt und auf eine kleinere Breite reduziert wird.
Nachdem ein Großteil der Verdichtung erfolgt ist, wird die lockere, ausgedehnte Matte gewalzt und zu einer dünneren Matte zusammengedrückt. Sie wird mit einem Heizstrahler erwärmt, damit das während des Abwickelns der Fasern auf die Trommel eingebrachte wärmehärtbare Harz partiell aushärtet. Danach wird die gedehnte Glasfasermatte auf eine Trommel gewickelt. In dieser Form kann sie zu anderen Orten transportiert werden, wo sie in verschiedenen Ausführungsformen, bspw. zur Hitze-, Wärme- und Schall-Isolation sowie als Filter, verwendet wird.
US-A-2 644 780 definiert ein ähnliches Verfahren, Welches das Stapeln vieler Matten vorsieht, so dass daraus eine dickere Matte für den Gebrauch erhalten wird. US-A-2 984 286 offenbart eine Glasfilament-Beschickungstechnik, die die Qualität der auf die Trommel gewickelten Matte angeblich verbessert. US-A-3 072 513 offenbart eine weitere Technik zur Behandlung der Fasermatte während ihrer Ausdehnung, die deren Qualitäten verbessert. US-A-3 092 533 offenbart eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Regulation der Dicke der gedehnten Matte.
Keines dieser Patente offenbart einen Weg, mit dem sich eine fortlaufende Reihe von Glasfaserplatten aus der gedehnten Matte herstellen lässt, wobei die Matte beim Formen ein deutliches Muster und eine quer verlaufende Aussparung erhält.
Die Erfindung stellt eine Technik bereit, mit der sich Glasfasermatten strecken oder dehnen und formen lassen. Diese ist in den vorstehend erwähnten Patenten nicht offenbart und in der Industrie nicht bekannt.
Die Erfindung strebt die Bereitstellung einer Vorform oder einer Platte aus Glasfasersträngen an, wobei die Stränge ganz über die Breite und Länge der Vorform laufen. Geformte Vorform-Teile, die aus fortlaufenden Strängen hergestellt sind, sind erheblich zugfester und formstabiler als Faserschnitzel aus den gleichen Glassträngen. In der Industrie gibt es zur Zeit keinen geeigneten Weg für ein kontinuierliches Formverfahren, das fortlaufende Stränge aus einer gedehnten Matte aus Fasern umfasst, die aus einer verdichteten Matte hervorgehen, wie in den vorstehend angegebenen Patenten von Modigliani beschrieben.
Die Erfindung stellt folglich eine aus Glasfasersträngen geformte Platte mit einem Rand und einer Stärke bereit, beinhaltend schichtförmig angeordnete fortlaufende Glasfaserstränge, wobei die Glasfasern durch einen Harzbinder in der Platte gehalten werden. Die Platte ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Stränge ganz über die Platte laufen, die Platte aus einer glatten Platte zu einer Profilplatte geformt ist, die eine Aussparung zwischen dem Rand und einer zurückgesetzten Seite hat, die Platte auch eine vorstehende Seite hat, und die Glasfasern durch einen Harzbinder in der strukturierten Aussparung gehalten werden.
Die Erfindung stellt zudem eine Vorrichtung zum Formen einer Platte bereit, umfassend eine verdichtete Matte aus Glasfaser, die zumindest teilweise aus gedehnten und längs laufenden fortlaufenden Strängen geformt ist. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stränge längs laufen zu einer ersten Pressform mit einem Vorderrand, einem Hinterrand und vom Vorder- zum Hinterrand verlaufenden Seitenrändern, wobei jeder Rand eine Stütze umfasst, die die ausgedehnte Matte gegen die Kraft festhält, die die ausgedehnte Matte quer verzieht, und eine zweite Pressform, die so befestigt ist, dass sie sich in Bezug auf die erste Pressform hin und herberwegt und derart angeordnet ist, dass die gedehnte Matte zwischen der ersten und zweiten Pressform aufgespannt wird.
Die Erfindung stellt schließlich ein Verfahren zur Herstellung einer Glasfaserplatte bereit, umfassend:
das Bereitstellen einer im Wesentlichen rechteckigen verdichteten Matte aus Glasfasern, die einen Harzbinder enthält,
das Ausdehnen der Matte in Längsrichtung, im Wesentlichen senkrecht zur Breite der Matte und Umorientieren der Fasern,
das Formen der ausgedehnten Matte zu einer Platte und
das Abtrennen des geformten Bereichs der gedehnten Matte, so dass die Platte erhalten wird.
Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Fasern über die gesamte Breite der Matte laufen und die ausgedehnte Matte zwischen einer ersten und zweiten Pressform zu einer Platte geformt wird, wobei das Harz aushärtet, während sich die geformte Matte zwischen den Pressformen befindet, und die Matte die geformte Gestalt beibehält.
Die Erfindung unterscheidet sich in der Art, wie die Matte längsgedehnt wird. Eine erste Ausführungsform umfasst einen Greifmechanismus an den Rändern jeder Vielzahl von Matrizen, der auf einem Rahmen befestigt ist. Die Ausdehnung ist in dieser Erfindung etwa 100-600fach.
Der Rahmen befindet sich stromabwärts der Haltewalzen und ist so befestigt, dass er sich um eine Achse dreht, die im Wesentlichen senkrecht zur Richtung der Längsdehnung der verdichteten Fasermatte ist. In dieser speziellen Aufmachung ist der Rahmen quadratisch, eine Matrize ist an jeder Seite des Rahmens befestigt und ragt zwischen die Ecken. Die gedehnten Fasern werden durch einen Greifer am Vorderrand jeder Matrize vorwärts bewegt und verlängert. Dies bedeutet, dass sich der Rahmen in eine solche Richtung dreht, dass die Fasermatte in Längsrichtung von den Bremswalzen, die die verdichtete Matte festhalten, weggezogen wird. Am Vorderrand jeder Matrize befindet sich ein Greifer, der die Matte festhält und sie in Längsrichtung zieht, wenn sich der Rahmen dreht. Der bevorzugte Greifmechanismus ist eine Vielzahl von Stiften, Zapfen oder Krallen, die die Glasfasermatte in einer Richtung durchdringen, die im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung der Dehnung ist.
Entsprechende Stifte, Zapfen oder Krallen werden am Hinterrand jeder Matrize und den vom Vorder- zum Hinterrand verlaufenden Seitenrändern bereitgestellt. Die Greiferkrallen verhindern dadurch, dass sich die Fasermatte nach innen verzieht, wenn ein Patrizenabschnitt der Pressform die gedehnte Matte zusammendrückt, so dass sie zur gewünschten Musterstruktur einwärts verformt wird. An den Rändern der Formen können sich Abstandshalter-Blöcke befinden, die ein zu starkes Zusammendrücken der Glasfasermatte beim Formen verhindern. Die Matte ist wünschenswerterweise im zusammengedrückten, geformten Zustand 1,6 bis 25,4 mm (1/16 bis 1 Zoll) dick. Die von den Pressformen erzeugte Aussparung kann in Querrichtung mehr als etwa 356 mm (14 Zoll) betragen.
In der gestreckten Glasfasermatte befindet sich ein wärmehärtbares Harz, das vorzugsweise bei einer Temperatur von 149 bis 399ºC (300 bis 750ºF) aushärtet. Das Harz wird wünschwerterweise ausgehärtet, wenn sich die Fasern im geformten Zustand befinden. Dadurch behält sie nach dem Entnehmen aus Patrize und Matrize ihre geformte Gestalt. Unter bestimmten Bedingungen lässt sich Thermoplastharz verwenden.
In der ersten bevorzugten Ausführungsform wird die Wärme zum Aushärten des wärmehärtbaren Harzes durch ein Leitungssystem aus einem Heizgerät bereitgestellt, so dass etwa 1 bis 25 sec, vorzugsweise 20 sec lang heiße Luft durch die poröse Patrize und Matrize und durch die poröse Glasfasermatte geleitet wird. Danach wird die Patrize zurückgezogen, der Rahmen wird gedreht oder vorgerückt, wenn der nächste Abschnitt der gedehnten Matte über die nächste Matrize gezogen wird. Die geformte Glasfaser- Vorform wird aus der Pressform manuell, mechanisch oder vorzugsweise von den Fasern gezogen, die von der davor geformten Glasfaser-Vorform ausgehen, die quer aus dem Rahmen von einem Förderband gezogen wird, welches zu einer Klinge führt, mit dem die Fasern zwischen den geformten Vorformen abgetrennt werden.
Das Ergebnis ist eine aus einer glatten Platte geformte strukturierte Platte, die eine Aussparung von bis zu 356 mm (14 Zoll) hat.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform wird die gedehnte Matte zu einer Formungsstelle geführt, wo sich Patrize und Matrize vertikal hin- und herbewegen, so dass die Matte in die gewünschte Form gebracht wird, und vertikal zurückgezogen werden, so dass die fortlaufende Matte durch ein Förderband vorwärts bewegt wird, welches mit den schwingenden Pressformen exakt koordiniert ist. Stromabwärts der Patrizen- und Matrizen- Formungsstelle befindet sich eine vertikal schwingende Abtrennvorrichtung, die die Vorform in Form schneidet. Man erwartet, dass die Schneidestelle die gewünschte Vorform an ihrem Rand vollständig abtrennt, wobei ein umgebender Abfallabschnitt der Matte übrig bleibt, der die Materialien in den nächsten Vorrückvorgang zieht.
Anhand der beigefügten Zeichnungen werden bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen lediglich zur Veranschaulichung beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 einen Seitenaufriss der Vorrichtung zum Formen einer verdichteten Matte aus Glasfasern;
Fig. 2 eine Draufsicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Formen einer Vorform aus einer gedehnten Matte aus Glasfasersträngen, die aus einer verdichteten Matte gedehnt werden, die von der in Fig. 1 gezeigten Trommel geschnitten wird, wobei die gedehnte Matte von einem rotierenden Rahmen in Längsrichtung gezogen wird und von den schwingenden Pressform-Flächen zu Vorformen geformt wird;
Fig. 3 ein Seitenaufriss der Vorrichtung in Fig. 2 mit einem schematisch dargestellten Heizgerät und Gebläse;
Fig. 4 einen Teilschnitt längs der Linie 4-4 von Fig. 2;
Fig. 5 einen Teilschnitt der erfindungsgemäßen geschlossenen Formen längs der Linie 5-5 von Fig. 2;
Fig. 6 einen schematischen Seitenaufriss einer zweiten Ausführungsform mit zwei Arbeitsstationen stromabwärts des Dehnungsverfahrens;
Fig. 7 einen Endaufriss längs der Linie 7-7 von Fig. 6;
Fig. 8 einen Endaufriss längs der Linie 8-8 von Fig. 6; und
Fig. 9 eine Perspektivansicht der Matrizen-Patrizen- Formteile, die so angeordnet sind, dass sie eine mit einem Förderband beförderte erfindungsgemäße gedehnte Matte verformen.
Die Fig. 1 veranschaulicht schematisch die Bildung einer verdichteten Matte aus Glasfasern in einem partiell herkömmlichen Formungsvorgang, der im Wesentlichen in den vorstehend beschriebenen Modigliani-Patenten beschrieben ist und auf eine in der Industrie bekannte Weise durchgeführt wird. Glas wird im geeigneten Zustand zu einem Ofen 10 geleitet, wo es geschmolzen wird und aus einer geeignet gemusterten Düsenplatte 12 in Form einer Vielzahl von Endlosglasfasern 14, die vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 28 um haben, gesponnen wird, die auf eine vom Rahmen 18 gestützte rotierende Trommel 16 gewickelt werden. Auf herkömmliche Weise bewegen sich der Ofen und/oder die Düsenplatte über die Oberfläche der rotierenden Trommel, die mehrere Fuß lang sein kann, vor und zurück, bis eine geeignete Dicke von Glasfaserschichten auf die Trommel 16 gewickelt ist. Dann wird die verdichtete Matte aus Glasfasern von der Trommel geschnitten, indem die Fasern in Längsrichtung der Trommel im Wesentlichen parallel zur Drehachse 20 der Trommel abgetrennt werden. Die Matte ist vorzugsweise etwa 6,4 mm (1/4 Zoll) dick und hat eine Dichte von etwa 1,15 (70 Pfd./Fuss³).
Während des Verfahrens zum Aufwickeln der Glasfaserschichten auf der Trommel 16 wird ein wärmehärtbares Harz 22 aus einer Düse 24 auf bekannte Weise aufgesprüht. Der Sprühvorgang kann manuell oder mechanisch erfolgen. Einige Verfahren des Standes der Technik beschreiben das Aufbringen des Harzbinders 22 mittels Pinsel oder Walze anstelle von Aufsprühen durch eine Düse. Das Harz wird durch eine mechanische computergesteuerte Sprühvorrichtung erfindungsgemäß aufgebracht, die mechanisch mit 25 verbunden ist, so dass sie sich längs zum Ofen 10 und der Düsenplatte 12 bewegt.
Es ist erfindungsgemäß erwünscht, dass das Harz im Temperaturenbereich von etwa 149 bis 399ºC (300 bis 750ºF), vorzugsweise etwa 288 bis 343ºC (550 bis 650ºF) und am stärksten bevorzugt etwa 316ºC (600ºF), wärmehärtbar ist, so dass es in etwa 1 bis 25 sec, und am stärksten bevorzugt etwa 20 sec, aushärtet. Ein für diesen Zweck geeignetes Harz ist im Handel als Gemisch erhältlich, das wasserlöslich ist und hauptsächlich ein Acrylharz, Phenolformaldehyd, Harnstoff-Formaldehyd, Polyvinylalkohole, Latex und dergleichen sein kann. Das bevorzugte Polyesterharz-Gemisch wird von Ashland Chemical Company unter dem Handelsnamen CARGIL 72-7207 bezogen und kann so modifiziert werden, dass es im Wesentlichen die Formel hat:
65-75% Polyester
12-18% Isopropylalkohol
0,8-1,2% Trimethyloxysilan (Handelsname MEMO von Cook Composites)
0,4-0,8% Triethylammonium-Katalysator (Handelsname STYPOL 044-0235)
0,4-0,6% Trimethylamin
10-15% Melamin (Handelsname RESIMENE 745)
Ein weiteres Rezept für einen geeigneten Harzbinder, der sich zum erfindungsgemäßen Aneinanderbefestigen der Glasfasern als wirksam erwiesen hat, ist:
65-85% Polyester
8-20% Xylol
4-12% D.A.P (Diallylphthalat-Monomer)
0-1,0% Silan (Trimethyloxysilan)
0-2,0% Aceton
0-1,0% cao-3(2,6-Di-tert.-butyl-p-cresol)
0-1,0% Hydrochinon
0-1,0% B.P.O. (Benzoylperoxid)
Die Reihenfolge, in der die Inhaltsstoffe gemischt werden, ist in der Industrie bekannt und muss hier nicht beschrieben werden.
Man beachte, dass die Temperatur der Fasern 14 beim Aufwickeln auf die Tommel 16 unter der Wärmehärtungstemperatur des als erfindungsgemäß als geeignet angegebenen Harzes liegt - Das Harz wird durch Luftzerstäubung aufgesprüht, so dass ein Harzgehalt von etwa 10% ± 5%, bezogen auf das Gewicht der Fasern, erhalten wird.
Die von der Trommel 16 abgewickelte verdichtete Matte 26 ist den Fig. 2 und 3 zufolge im Wesentlichen rechteckig und wird auf einem Förderband 28, das von einer Vielzahl von Walzen 30, 31 gestützt wird, abgelegt, so dass die verdichtete Matte in einer Richtung, die gewöhnlich von links nach rechts dargestellt wird, befördert werden kann. Die Vorschubgeschwindigkeit der verdichteten Matte 26 wird durch eine Bremswalze 32 reguliert, die die verdichtete Matte und das Förderband 28 zwischen sich und der Stützwalze 30 festklemmt. Die Walzen 30 und 32 dienen zusammen als Rückhaltewalzen im Mattendehnungsverfahren.
Auf herkömmliche Weise verlaufen die Fasern 14 in der verdichteten Matte 26 im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung der Bewegung des Förderbandes 28. Die Faserlagen 14 stehen leicht spitzwinklig zueinander, jedoch sind sie zum Zwecke des erfindungsgemäßen Konzeptes nahezu parallel zueinander.
Die gedehnte Matte lockert sich auf herkömmliche Weise beim Austritt aus dem Klemmbereich zwischen den Walzen 30 und 32 vertikal auf, wie bei 34 in Fig. 3, verjüngt sich wie in Fig. 2 gezeigt, und die 100-600 fache (oder größere) Ausdehnung der ursprünglichen Länge der verdichteten Matte 26 orientiert die Fasern je nach der Größenordnung der Ausdehnung auf einen Winkel von 45º, 60º oder mehr zwischen den Schichten um, in etwa wie in Fig. 2 schematisch dargestellt ist. Ungeachtet der Ausdehnung und der Umorientierung der Fasern laufen die Stränge im Wesentlichen vollständig über die gesamte Breite der gedehnten Matte. Dies ist für das nachfolgende Formverfahren insofern wünschenswert, als fortlaufende oder im Wesentlichen vollständig fortlaufende Stränge eine größere Zugfestigkeit, strukturelle Festigkeit und Formstabilität verleihen als Glasfaserschnitzel, die wie nachstehend beschrieben in die gleiche Form gebracht werden können. Die erfindungsgemäße Matte aus fortlaufenden Strängen ist folglich viel besser als die Platten, die aus Glasfaserstrangschnitzeln hergestellt werden.
Ein Mechanismus, mit dem die gedehnte Matte 36 eine geeignete Breite behält, ist herkömmlich und muss hier nicht beschrieben werden. Das Ausmaß der Ausdehnung und das nachfolgende Formen stellt vorzugsweise eine Platte mit einem Gewicht von etwa 76,3 bis 1221 g/m² (0,25 bis 4 Unzen pro Quadratfuß) bereit.
Die Zeichnungen, insbesondere Fig. 3 und 6, zeigen zwar, dass die Matte 36 direkt von den Bremswalzen 30, 32 zur Verformungs-Arbeitsstation 38 befördert wird, jedoch liegt es innerhalb des erfindungsgemäßen Konzeptes, dass (1) die Matte 36 auf herkömmliche Weise zu einer geeigneten Dicke zusammengepresst wird, (2) die gedehnte Matte auf eine Spule gewickelt wird, (3) die gewickelte Matte zu einer Arbeitsstelle befördert wird und (4) die Arbeitsstation 38 von der Walze beschickt wird.
In geeigneter Entfernung stromabwärts der Bremswalzen 30, 32 befindet sich eine Arbeitsstation oder ein Rahmen 38, der am besten in Fig. 4 erkennbar ist und nachstehend eingehend beschrieben wird. Die gedehnte Matte 36 wird von einem Greifer am Vorderende einer Matrize 68 in Längsrichtung gezogen. An jeder Seite des in Fig. 3 gezeigten quadratischen Rahmens ist eine Matrize 68 befestigt. Sie wird mit einem programmierten Motor 40 im Uhrzeigersinn vorwärts gerückt.
Jede am Rahmen befestigte Matrize wird in eine solche Stellung gedreht, dass sie zu einer Patrize 42 passt, die so befestigt ist, dass sie sich hin- und herbewegen lässt, so dass sie zu einer der Matrizen im Rahmen 38 passt oder nicht.
Die Patrize 42 ist fließend mit einem Heizgerät 44 verbunden, welches die Luft auf eine Temperatur erhitzt, die sich zum Härten des in der gedehnten Matte 36 enthaltenen wärmehärtbaren Harzes eignet. Heiße Luft aus dem Heizgerät 44 wird durch ein Gebläse 46 über ein Leitungssystem 48 zur Patrize 42 geleitet. Die heiße Luft gelangt durch die perforierte Oberfläche der Patrize 42, durch die Glasfasermatte 36, durch eine ähnlich perforierte Matrize 68 und wird aus dem Rahmen durch eine von mehreren Öffnungen 80 geleitet, die zu einer Leitung 50 führen.
Die Vorformen 52, die aus dem Formvorgang der gedehnten Matte 38 zwischen der Patrize 42 und der Matrize 68 und der wärmehärtenden Hitze aus dem Heizgerät 44 herrühren, werden aus den Pressformen gezogen, wenn die Patrize 42 zurückgezogen wird und der Motor 40 den Rahmen 38 im Uhrzeigersinn vorwärts rückt oder dreht. Jede Vorform oder geformte Platte 52 ist mit der direkt vorhergehenden Vorform über verbindende Glasfaserstränge verbunden, die als Brücke 54 dienen und die vorlaufende Vorform beim Ziehen der nachfolgenden Vorform aus der Matrize unterstützen, wobei weitere Unterstützung von einem Förderband 56 ausgeht. Nach dem Formen besitzt jede Vorform 52 eine zurückgesetzte Seite 53 und eine vorstehende Seite 55.
Das Förderband 56 ist selbstverständlich ein wahlfreies Element. Die Vorformen 52 lassen sich durch jeden beliebigen Mechanismus aus der Matrize ziehen, jedoch dienen die Brückenstränge 54 in der ersten bevorzugten Ausführungsform dazu, die nachfolgende Vorform zu ziehen, bis sie die Abtrennklinge 58 erreicht.
Der Rahmen 38 ist den Fig. 4 und 5 zufolge so befestigt, dass er sich um eine Achse 60 einer Spindel 62 dreht, aus der Speichen 64 nach außen ragen. Die Speichen 64 stützen quer verlaufende Eckbeschläge 66, die wiederum die vier porösen Matrizen 68 halten.
Es sollte betont werden, dass die Matrizen in dieser bevorzugten Ausführungsform auf den vier Seiten des Rahmens 38 befestigt sind, jedoch sollte es ebenso eindeutig sein, dass die Matrizen durch die Patrizen 42 ausgetauscht werden können. Dieser Vorgang eignet sich besser für das angegebene Patrizen/Matrizen-Verhältnis, da eine aufwärts ragende Matrize das Greifen der Krallen 70 am Vorderrand 72 der Matrizen, die das Vorderende der gedehnten Matte 36 durchdringen, erschwert und sie dehnt und verlängert, so dass sie in Längsrichtung von den Bremswalzen 30, 32 weg nach vorn gezogen wird. Ist die Patrize 42 im Rahmen 38 befestigt, zieht der aufwärts gerichtete Abschnitt den Vorderrand der durchstoßenen Fasermatte 36 von der Pressformoberfläche weg und bewirkt, dass sie sich vom Greifer 70 löst. Dieses Ergebnis lässt sich leicht durch Verlängerungskrallen 70, 74 und 76 bewältigen.
Bei diesem besonderen Vorgang ist die Matrize 68 vorzugsweise wie gezeigt auf dem Rahmen befestigt.
Es lässt sich ebenfalls feststellen, dass die aus den Seitenrändern jeder Matrize 68 aufwärts ragenden Krallen 74 und die aus dem Hinterende jeder Matrize nach aussen ragenden ähnlichen Krallen 76 während des Formverfahrens mit den Krallen 70 kooperieren, so dass die Ränder der Glasfasern davor bewahrt werden, in den Mittelteil der Form gezogen zu werden, wenn die Patrize die Glasfaser in die Matrize presst und formt.
Bei Betrieb wird die verdichtete Matte 26 auf herkömmliche Weise gedehnt und zu einem Rahmen 38 geführt, wo sie am Vorderende jeder Matrize 68 von einem Greifmechanismus 70 festgehalten wird. Wird der Rahmen 38 in eine geeignete Position gedreht, so dass er eine Patrize 42 passend festhalten kann, stoppt dieser. Die Patrize 42 sinkt wie in Fig. 3 gezeigt zu einer in den Fig. 4 und 5 gezeigten Stellung. Diese presst und bringt die verdichtete Matte 36 in die Gestalt einer Vorform 52 mit einer festgelegten Dicke von 1,6 bis 25,4 mm (1/16 bis 1 Zoll) und einem Strukturierungsgrad von einer horizontalen Oberfläche zur größten Vertiefung oder Erhebung von nahezu mehr als 356 mm (14 Zoll). Eine stärkere Verformung bewirkt die Abtrennung und Verdünnung der Vorform 52 an unspezifischen Stellen innerhalb der Vorform 52 und insbesondere an Stellen, wo die Krallen oder Greifvorrichtungen die Vorform festhalten.
Nach dem Absenken der Matrize in die gewünschte Höhe, wird ihre Abwärtsbewegung durch Abstandshalter-Blöcke (nicht gezeigt) minimiert, so dass die Vorform die korrekte Dicke erhält, ein Gebläse 46 wird aktiviert, so dass heiße Luft aus dem Heizgerät 44 durch ein Leitungssystem 48 mit einer geeigneten Temperatur zu einer Sammelkammer 78 geblasen wird und die heiße Luft für einen Zeitraum von 1 bis 25 sec in der Sammelkammer 78 belassen wird, was hinreicht, dass das in der Vorform 52 befindliche wärmehärtbare Harz 22 aushärtet. Die heiße Luft gelangt in die Sammelkammer, durch die poröse Patrize 42, durch das faserförmige Material der Vorform 52 und aus der Matrize 68 zwischen die Speichen 64, wo sie durch eine Öffnung 80 quer abgelassen wird.
Nachdem die Vorform 52 so gehärtet worden ist, dass sie ihre Form beibehält, wird die Patrize 42 zurückgezogen, und der Rahmen 38 wird durch den Motor 40 gedreht oder vorwärts gerückt. Die zwischen den Vorformen verlaufenden Brückenstränge 54 ziehen die soeben geformte Vorform 52 aus der Matrize 68. Die Krallen 70 am Vorderrand auf der nächsten vorrückenden Matrize greifen, ziehen und strecken die gedehnte Matte 36 in Position für das nächste Formverfahren.
Die herausgezogenen Vorformen 52 werden automatisch auf das Förderband 56 abgelegt und zu den Schneideklingen 58 befördert, mit denen die Vorformen jeweils voneinander abgetrennt werden. Sie lassen sich dann zum Versand an andere Stelle zum Einbau in ein fertiges Produkt ineinander geschachtelt stapeln (nicht gezeigt). Die in der Fig. 2 gezeigte bestimmte Vorform kann bspw. zurechtgeschnitten und als Teil einer Autotür eingebaut werden. Man beachte, dass die Vorform 52 je nach Bedarf einen im Wesentlichen rechtwinkligen oder einen nicht-rechtwinkligen Rand haben kann. Die Klingen 58 können strukturiert sein, so dass wunschgemäß ein ausgefeilterer Zuschnitt erfolgt.
Die Fig. 6 veranschaulicht eine zweite bevorzugte Ausführungsform, wobei die Arbeitsstation 38 eine Matrize 68 sowie eine Patrize 42 aufweist. Beide schwingen vertikal, so dass die gedehnte Matte 36 in die gewünschte Form gebracht wird. Die gedehnte Matte 36 ist in der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform vertikal aufgelockert. Sie kann in diesem Zustand vorliegen oder nicht. Sie kann in bereits zusammengedrückter Form mit 1 oder 2 Zoll Dicke wie vorstehend erwähnt von einer Walze zugeführt werden.
Die gedehnte Matte 36 wird auf jeden Fall auf einem Förderband mit Seitenketten 82, die über mit einem nicht gezeigten Antriebsmotor verbundene Zahnräder 82 angetrieben werden, zur Arbeitsstation 38 geführt. Quer verlaufende Leisten 86 laufen durch den Raum zwischen den parallelen Kettenantrieben 82. Aus Fig. 9 geht hervor, dass die Leisten 86 in Längsrichtung ungefähr um eine Länge der zwischen den Formen 42, 68 zusammenzudrückenden und zu formenden Vorform 52 voneinander beabstandet sind. Aus diesem Grunde müssen beide Pressformen vertikal schwingen, so dass sie nach jedem erfolgten Formvorgang den horizontal laufenden Leisten 86 nicht im Wege sind.
Die Struktur des Heizgerätes, Gebläses und Leitungssystems ist in den Fig. 6-9 zwar nicht genauso gezeigt wie in Fig. 1-5, jedoch ist die gleiche Struktur eingebaut, und beide, in der zweiten Ausführungsform der Fig. 6-9 gezeigten Pressformen sind ebenfalls perforiert, so dass heiße Luft aus dem Heizgerät 44 strömen kann und das in der gedehnten Matte 36 befindliche wärmehärtbare Harz aushärtet.
Aus Fig. 7 geht am besten hervor, dass die Pressformen auf Leitschienen 88 auf und ab reiten, die so aufgebaut sind, dass sie die Pressformen außerhalb des von den Seitenketten 82 und den Leisten 86 eingenommenen Raums stützen. Die Kolben 90 sind mechanisch, pneumatisch oder elektrisch so koordiniert, dass sie sich in einem gewünschten Bewegungsmuster hin- und herbewegen, das mit der Struktur des Formungvorgangs übereinstimmt.
Die nächste Arbeitsstation 92 stromabwärts der Arbeitsstation 38 umfasst einen ähnlichen Rahmen wie Arbeitsstation 38, wobei die Schneideklinge 94 die Vorform 52 auf die gewünschte Randform zuschneidet. Das vertikal nach unten bewegliche Schnittelement 94 sinkt und schneidet über einem Polypropylenkissen 96, das sich auf die Schneideklinge 94 zu bewegt, durch die Glasfasermatte.
Man beachte, dass die Arbeitsstation 92 auf Rädern oder Walzen 98 befestigt ist, die ihre Bewegung längs zur Arbeitsstation 38 ermöglichen. Daher können unterschiedliche Formen 42, 68 oder unterschiedliche Größen in der Arbeitsstation 38 befestigt werden, und die Arbeitsstation 92 kann in einer bestimmten Entfernung eingerichtet werden. Somit können ein oder zwei Vorformen geformt werden und auf den Ketten 82 und Leisten 86 zur zweiten Arbeitsstation 92 befördert werden. Es ist einleuchtend, dass eine vorgegebene Anzahl Vorformen 52 zwischen Arbeitsstation 38 und Arbeitsstation 92 gehalten wird, da die Arbeitsstation 92 nicht beliebig weit entfernt stehen kann, wenn ein Schneidevorgang mit exakter Vorform- Gestalt bereitgestellt werden soll.
Die gedehnte Matte 36 ragt in dieser bevorzugten Ausführungsform quer hinter die Ränder der Ketten 82, so dass Unterstützung geleistet wird. Die Leisten sind jeweils etwa 51 mm (2 Zoll) breit. Die Räume zwischen den Vorformen 52 in der fortlaufend gedehnten Matte 36 sind jeweils etwa 101- 152 mm (4 bis 6 Zoll) voneinander entfernt, so dass ein relativ glatter Rand der Vorform 52 hinter die Ränder der Ketten 82 ragt und der Raum zwischen den Vorformen die 51 mm (2 Zoll) breite Leiste überbrückt.
Hier wird zwar ein Schneidevorgang beschrieben, jedoch sind die physikalischen Eigenschaften der vollständig über die Vorform verlaufenden Glasfasern derart, dass die Glasfasern beim Absenken des Gesenk- oder Schneideelementes 94 zum Polypropylenkissen 96 eher brechen als vom Gesenk 94 geschnitten werden.
Die Führungsschienen 100 werden auf Querträgern 102 gehalten, die sich soweit vertikal nach unten bewegen, wie in Fig. 8 gezeigt ist. Sie müssen sich offensichtlich vertikal bewegen, damit der Kettenantrieb mit der zum Schneiden vorgesehenen Vorform weiter vorrücken kann.
Die Ketten und Leisten können in den Fig. 6-9 nicht gezeigte vertikal verlaufende Krallen aufweisen, die die gleiche Funktion ausüben wie die Krallen 70, 74 und 76 in der ersten Ausführungssform.
In bestimmten Fällen lässt sich ein Thermoplastharz einsetzen, um die Fasern in Stellung zu halten. Bei der Verwendung von Thermoplastharz werden die porösen Pressformen zuerst erhitzt, um das Harz zu erweichen, und dann gekühlt, um es zu härten. In bestimmten Situationen lassen sich zum Aushärten des Harzes UV-Strahlen einsetzen, ohne dass das erfindungsgemäß Konzept verlassen wird.
Es liegt tatsächlich innerhalb des erfindungsgemäßen Konzepts, die gedehnte Matte in glattem, ungeformtem Zustand direkt zum Kunststoff-Formverfahren zu führen. Bei einem solchen Verfahren wird die gedehnte Matte zu einer Arbeitsstation zwischen Patrize und Matrize gezogen. Die Pressformen bewegen sich zusammen und bringen die Matte in die gewünschte Form.
Anschließend wird ein zur Plattenbildung geeignetes Harz 104 eingespritzt oder andersartig 106 in den Hohlraum zwischen den Formen aufgebracht, so dass die verformte Matte vollständig bedeckt ist. Das Vernetzen der Polymermoleküle des plattenbildenden Harzes kann exotherm erfolgen. Die bei dieser Verfestigung erzeugte Wärme härtet das wärmehärtbare Harz 22. Bei der Ausübung dieser Ausführungsform entfällt der Zwischenschritt der Vorform-Herstellung.

Claims

1. Aus Glasfasersträngen geformte Platte (52) mit einem Rand und einer Stärke, beinhaltend schichtförmig angeordnete fortlaufende Glasstränge (14), wobei die Glasfasern durch einen Harzbinder in der Platte (52) gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einige der Stränge (14) ganz durch die Platte (52) laufen, die Platte (52) aus einer glatten Platte zu einer Profilplatte geformt ist, die eine Aussparung zwischen dem Rand und einer zurückgesetzten Seite (53) hat; die Platte (52) auch eine vorstehende Seite (55) hat und die Glasfasern durch einen Harzbinder in der strukturierten Aussparung gehalten werden.

2. Platte (52) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz eine wärmehärtbare Mischung ist, umfassend etwa:

(a) 65-75% Polyester,

12-18% Isopropylalkohol,

0,8-1,2% Trimethyloxysilan,

0,4-0,8% Triethylammonium-Katalysator,

0,4-0,6% Trimethylamin,

10-15% Melamin,

oder

(b) 65-85% Polyester,

8-20% Xylen,

4-12% Diallylphthalat-Monomer,

0-1,0% Silan (Trimethyloxysilan),

0-2,0% Aceton,

0-1,0% cao-3(2,6-Di-tert-butyl-p-cresol),

0-1,0% Benzoylperoxid.

3. Platte (52) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz 5-15 Gew.-% Glasfaser enthält.

4. Platte (52) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein oder mehrere aus (a) ein Gewicht von 76,3 bis 1221 g/m² (0, 25 bis 4 Unzen pro Quadratfuß), (b) eine Dicke im Bereich von 1,6 bis 25,4 mm (1/16 bis 1 Inch) und (c) eine Aussparung nicht über 356 mm (14 Inch).

5. Vorrichtung zum Formen einer Platte (52), umfassend eine verdichtete Matte (26) aus Glasfaser, zumindest teilweise geformt aus fortlaufenden Strängen (14), die ausgedehnt sind und längs laufen, dadurch gekennzeichnet, dass die Stränge (14) längs laufen zu einer ersten Pressform (68) mit einem Vorderrand, einem Hinterrand und vom Vorder- zum Rückrand verlaufenden Seitenränder, wobei jeder Rand eine Stütze (70, 74, 76) umfasst, die die ausgedehnte Matte (36) gegen die Kraft festhält, die die ausgedehnte Matte (36) quer verzieht, und eine zweite Pressform (42), angebracht gegenüber der ersten Pressform (68) und so angeordnet, dass die gespannte Matte (36) zwischen der ersten (68) und zweiten (42) Pressform gehalten wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Heizeinrichtung (44) zum Erwärmen der eingespannten Matte (36), so dass das wärmehärtbare Harz in der Matte (36) aushärtet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressformen (68, 42) porös sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein Gebläse (46) zum Leiten der Warmluft aus der Heizeinrichtung (44) durch die Pressformen (68, 42) und die eingespannte Matte (36).

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch einen Rahmen (38), der die erste Pressform (68) trägt, wobei der Rahmen (38) drehbar um eine Achse (60) angeordnet ist, die senkrecht zur Längsausrichtung der Matte (36) ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Anzahl Pressformen (68), angebracht auf dem Rahmen (38), wobei jede der zahlreichen Pressformen (68) eine der ersten Pressform (68) entsprechende Form hat.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6, 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (44), das Gebläse (46), die Pressformen (68, 42) und der Rahmen (38) durch eine geformten Matte (36) zwischen der ersten (68) und zweiten (42) Pressform befestigt sind, wobei Luft aus der Heizeinrichtung (44), angetrieben durch das Gebläse (46), nacheinander durch die zweite Pressform (42), die geformte Matte (36), die erste Pressform (68) und in den Rahmen (38) geleitet wird.

12. Verfahren zur Herstellung einer Glasfaserplatte (52), umfassend das Bereitstellen einer im Wesentlichen rechteckigen kondensierten Matte (26) aus Glasfasern, die einen Harzbinder enthält,

das Ausdehnen der Matte (26) in Längsrichtung, im Wesentlichen senkrecht zur Breite der Matte (26) und Umorientieren der Fasern,

das Formen der ausgedehnten Matte (36) zu einer Platte (52) und

das Abtrennen des geformten Bereichs der gedehnten Matte (36), so dass eine Platte (52) entsteht,

dadurch gekennzeichnet, dass

zumindest einige der Fasern über die gesamte Breite der Matte (36) laufen und die gedehnte Matte (36) zu einer Platte (52) geformt wird zwischen einer ersten (68) und zweiten (42) Pressform, so dass das Harz aushärtet während die geformte Matte (36) zwischen den Pressformen (68, 42) ist und die Matte (36) die geformte Gestalt behält.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgedehnten Matte (36) an den Rändern neben den Pressformen (68, 42) unterstützt wird, so dass die Matte (36) beim Ausformen nicht quer zu den Pressformen (68, 42) verzogen wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die geformten Matte (36) erwärmt wird, indem heiße Luft durch die Pressformen (68, 42) und die Matte (36) geleitet wird, so dass das Harz aushärtet.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Heißluft auf eine Temperatur im Bereich von 149 bis 399ºC (300 bis 750ºF) erwärmt wird bevor sie durch die Pressformen (68, 42) und die Matte (36) geleitet wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, gekennzeichnet durch einen Rahmen (38) zum Drehen um eine Achse (60), wobei die Achse (60) senkrecht zur Längsausrichtung der Matte (36) ist, eine Anzahl Pressformen (68) auf dem Rahmen (38) angebracht sind, so dass die Pressformen (68) mit dem Rahmen (38) um die Achse (60) drehen, jede der zahlreichen Pressformen (68) mit einem Vorderrand, zwei Seitenrändern und einem Hinterrand, und die Matte vom Vorderrand jeder der Pressformen (68), die auf dem Rahmen (38) befestigt sind, gehalten wird, wenn sich der Rahmen (38) dreht, so dass die verdichtete Matte (26) längs gedehnt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch das Halten der ausgedehnten Matte (36) an den Rändern der Pressformen (68, 42), so dass die Matte (36) beim Ausbilden der Platte nicht vom Rand der Pressformen nach innen gezogen wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, gekennzeichnet durch das Erwärmen der geformten Matte (36) durch Zugeben eines plattenformenden Harzes (104) zwischen die Pressformen (68, 42), wobei das plattenformende Harz (104) zum Aushärten exotherm polymerisiert.