DE69517885T2

DE69517885T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Formen von Kunstharz

Info

Publication number: DE69517885T2
Application number: DE69517885T
Authority: DE
Inventors: Patrick James Blanchard; Christopher Douglas Rudd
Original assignee: Ford Werke GmbH; Ford France SA; Ford Motor Co Ltd; Ford Motor Co
Current assignee: Ford Werke GmbH; Ford France SA; Ford Motor Co Ltd; Ford Motor Co
Priority date: 1994-07-23
Filing date: 1995-05-12
Publication date: 2000-11-16
Anticipated expiration: 2015-05-13
Also published as: DE69517885D1; EP0698475B1; EP0698475A3; GB9415277D0; GB2291618A; EP0698475A2

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf das Pressen von Produkten aus wärmehärtbaren Harzen und besonders auf Harz-Transferpressen. In diesem Vorgang wird ein faseriger Verstärkungs-Vorformling in eine Form gelegt, die Form wird geschlossen und der Harz wird in den Hohlraum der Form geleitet, um den Vorformling zu befeuchten und die Form zu füllen. Wenn sich der Harz erhärtet hat, kann ein fertiggestellter Teil aus der Form genommen werden und irgendwelchen erforderlichen Reinigungsvorgängen unterzogen werden.
Die Wahl des Harzsystems (Harz plus Katalysator) wird sorgfältig getroffen, um zu gewährleisten, dass der Harz vollständig bis zu den Rändern des Hohlraums der Form fliesst, bevor er sich erhärtet, aber derartig, dass das Erhärten baldmöglichst erfolgt wenn die Form vollständig gefüllt ist.
Um das Harz-Transferpressen für die Fertigung von grossen Mengen von Teilen anwendbar zu machen, ist es erforderlich, die Zyklusdauer so weit wie möglich zu reduzieren, das heisst, die Zeit zwischen aufeinanderfolgendem Öffnen der Form.
Aus US-PS 4 404 261 ist bekannt, ein gleichmässiges Aushärten eines aus einer Vielzahl von festen Polymer-Werkstoffschichten geformten Produkts zu beeinflussen, indem verschiedene Katalysatore in verschiedenen Schichten verwendet werden, so dass weniger Hitze erforderlich ist, um das Erhärten der Schichten im Mittelpunkt des Produkts zu fördern, als es an den Rändern erforderlich ist. Das Ziel ist das Fördern eines gleichmässigen Erhärtens durch das ganze Produkt, wenn Hitze nur an den Rändern auf das Produkt angewendet wird.
Aus EP-A-0 529 651 ist auch bekannt, den Harz und den Katalysator in separaten Behältern zu lassen und beide in einem Mischkopf zu mischen, aus dem der jetzt katalysierte Harz in eine Form geleitet wird. Mehr als ein Harz/Katalysator-Gemisch kann im gleichen Mischkopf gemischt werden.
Nach der vorliegenden Erfindung wird eine Harz-Transferpressmethode zum Formen von Produkten aus wärmehärtbaren Harzen geliefert, in der ein ständiger Harzstrom im Hohlraum einer Form mit einem Harz beginnt, der mit einem ersten Katalysator gemischt ist und geändert wird, bevor die Form mit dem gleichen Harz gefüllt ist, der mit einem zweiten Katalysator gemischt ist, wobei der erste Katalysator gewählt wird, um den Harz bei einer höheren Temperatur als der zweite Katalysator zu erhärten.
In einer Methode, in der Harzsysteme Anwendung finden, die bei unterschiedlichen Temperaturen erhärten und in der kalter Harz in eine erhitzte Form geleitet wird, wird der erste eingeleitete Harz durch die gespeicherte Hitze der Form erhitzt und der eintretende kalte Harz wird dazu neigen, die Temperatur der Form am Einspritzpunkt zu senken. Durch die Verwendung eines kalthärtenden Harzes zum Formen des Teils des Elements um den Einspritzpunkt können das Erhärten des Harzes und damit der Vorgangszyklus erheblich beschleunigt werden, im Vergleich mit dem Fall in dem wärmehärtbarer Harz am Ende des Vorgangs, im Bereich des jetzt kalten Harz-Einspritzpunkts in die Form geleitet wird.
Der Wechsel im Harzsystem könnte ständig während der Einspritzphase stattfinden, um eine profilierte Wirkung anstatt der unstetigen Harzsysteme zu erzeugen.
Die Erfindung bietet auch einen Apparat zum Formen von Produkten aus wärmehärtbaren Harzen an, wobei der Apparat einen Behälter für unkatalysierten Harz, ein Hauptrohr, das sich vom Behälter zur Verbindung mit einer Form erstreckt, eine Vorrichtung um den Harz zu zwingen durch das Hauptrohr in die Form zu fliessen und mindestens zwei unabhängige Katalysatorbehälter enthält, dadurch gekennzeichnet dass ein Rührer die Katalysatore und den Harz mischt, dass die mindestens zwei Katalysatorbehälter bestimmt sind zwei verschiedene Katalysatore zu enthalten und mit einem einzigen, unkatalysierten Harzbehälter verbunden sind und dass eine Vorrichtung geliefert wird, um den einen oder anderen Katalysatorbehälter mit dem Hauptrohr zu verbinden.
Ein Ventil wird geliefert, um von einem Katalysatorbehälter auf den anderen umzuschalten und es ist wichtig, dass keine Luft oder andere Fremdkörper eindringen, wenn der Wechsel stattfindet.
Das Auslösen des Umschaltens kann als Ansprechen auf den Ablauf einer Zeitspanne nach dem Beginn der Einleitung des Harzes oder auf ein Erfassen eines besonderen Parameters, der mit der Einleitung des Harzes zusammenhängt, stattfinden, zum Beispiel kann der Wechsel ausgelöst werden, wenn ein Aufnehmer in der Form erfasst dass die Harzfront eine vorbestimmte Stellung in der Form erreicht hat.
Wenn ein ständig wechselndes Harzsystem verwendet werden soll, wäre eine kompliziertere Anlage erforderlich, zum Beispiel um eine sich ständig ändernde Katalysator-Zusammensetzung zu liefern, die in einen Harzfluss geleitet werden soll.
Die Erfindung wird jetzt als Beispiel unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben, von denen:
Fig. 1 eine Kurve ist, die die thermische Charakteristik eines Harz- Transferpresszyklus nach dem früheren Fachwissen darstellt;
Fig. 2 eine Kurve ist, die der Kurve der Fig. 1 entspricht, aber die thermische Charakteristik eines Harz-Transferpresszyklus nach der Erfindung darstellt;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zur Realisierung eines Harz-Transferpresszyklus benutzten Anlage ist;
Fig. 4 eine schematische Darstellung des Apparats nach der Erfindung ist.
Die Fig. 1 und 2 sind Kurven, auf denen die Temperatur gegen Zeit aufgezeichnet ist. Auf Fig. 1 stellt die Kurve 1 die thermische Charakteristik an der Peripherie einer Harz-Transferpressfarm dar und die Kurve 12 stellt die thermische Charakteristik an der Harz- Einspritzöffnung der gleichen Form dar. Auf Fig. 2 werden die gleichen Eigenschaften mit der gleichen Referenznummer angegeben, der ein "1" vorausgeht.
Beim Harz-Transferpressen wird der Harz mit dem Katalysator vermischt, bevor oder wenn er in den Hohlraum der Form eintritt. Der Erhärtungs- oder Aushärtungsvorgang hat folglich schon begonnen (aber mit einem unwesentlichen Umwandlungsgrad), wenn der Harz beginnt durch die Form zu fliessen, aber es ist äusserst wichtig, dass der Harz die äusseren Enden des Hohlraums der Form erreicht, bevor er erhärtet. Normalerweise wird der Harz kalt in die erhitzte Form eingeleitet und die Funktion des Katalysators und der Temperatur der Form wird derartig bestimmt, dass der Harz zu den Rändern der Form fliessen kann, aber beginnt zu erhärten, sobald er die Ränder der Form erreicht. Der wirkliche Erhärtungsvorgang für den Harz ist Wärme abgebend (exotherm), so dass das Erhärten überwacht werden kann, indem die Temperatur durch die Verwendung von Sonden in der Formwand beobachtet wird. Die Sonden können versenkt in die innere Fläche des Hohlraums der Form montiert werden oder sie können in die Oberfläche des geformten Teils hervorragen.
Im auf Fig. 1 dargestellten Beispiel wird die Form zu Beginn auf eine Temperatur von ungefähr 60ºC erhitzt. Wenn der kalte Harz an der Einspritzöffnung der Form eingeleitet wird, besteht wenig anfängliche Veränderung in der Temperatur am Rand der Form, wie es auf der Kurve 10 dargestellt wird. Aber die Temperatur steigt steil auf einen Spitzenwert 14 an, wenn der Harz beginnt am Rand der Form auszuhärten. Der Harz wird im wesentlichen am Rand der Form nach ungefähr 350 Sekunden ausgehärtet und erhärtet und die Temperatur am Rand der Form fällt danach allmählich zurück auf die ursprüngliche Temperatur der Form.
Aber an der Einspritzöffnung sinkt die anfängliche Temperatur steil, wenn der kalte Harz eingeführt wird, wie es durch die Kurve 12 dargestellt wird. Wenn das Einspritzen abgeschlossen ist, nach ungefähr 200 Sekunden und wie es durch die Linie 16 dargestellt wird, beginnt die Temperatur des Harzes an der Einspritzöffnung zu steigen, bis sie eine Temperatur von ungefähr 70ºC erreicht, bei der das Aushärten beginnen kann. Danach steigt die Temperatur an der Einspritzöffnung auf einen Spitzenwert 18 und erst wenn dieser Spitzenwert erreicht ist, wird der Harz vollständig durch die ganze Form erhärtet. Auf der gezeigten Darstellung ergibt sich daraus eine Aushärtzeit für die letzten Teile, die ausgehärtet werden müssen, von ungefähr 800 Sekunden vom Beginn des Einspritzens an.
Auf Fig. 2 ist sichtbar, dass die Kurve 110, die thermische Charakteristik am Rand der Form darstellt, wirklich unverändert von der Kurve 10 auf Fig. 1 ist und dass die Temperaturprofile während des Einspritzens im wesentlichen die gleichen sind.
Aber der Unterschied zwischen den beiden Situationen besteht darin, dass auf Fig. 2 der zuletzt eingeleitete Harz, das heisst der Harz, der in der Nähe der Einspritzöffnung bleibt, ein Harz ist, der bei einer verhältnismässig niedrigen Temperatur auszuhärten beginnt. Deshalb ist es nicht erforderlich abzuwarten bis die gespeicherte Hitze in der Form den Harz erhitzt, bevor das Aushärten beginnen kann; statt dessen beginnt das Aushärten in diesem Fall bei einer niedrigen Temperatur von ungefähr 30ºC, woraus sich der Abschluss des Aushärtens an der Einspritzöffnung nach ungefähr 400 Sekunden ergibt.
In diesem Beispiel war eine Reduzierung der Zyklusdauer von ungefähr 50% durch die Verwendung eines Kalt-Aushärtungskatalysators am Ende des Presszyklus und eines Heiss-Aushärtungskatalysators am Beginn des Presszyklus möglich.
Fig. 3 stellt die für die Realisierung dieser reduzierten Zyklusdauer verwendete Anlage dar.
Eine Form 20 hat eine obere Hälfte 22, eine untere Hälfte 24 und einen Hohlraum 26. Harz wird durch eine Einspritzleitung 28 in die Form geleitet (in die ein Vorformling - nicht dargestellt - vorab gelegt wurde). Ein Harz-Einlassventil 30 wird im Rohr 28 geliefert.
Zwei parallele Behälter 32 und 34 enthalten mit einem Katalysator gemischten Harz. Im Behälter 34 ist ein Heiss-Harz-Aushärtungssystem untergebracht und im Behälter 32 ein Kalt-Harz-Aushärtungssystem. Ein Umschaltventil 36 fungiert, um entweder den Behälter 34 oder den Behälter 32 mit der Einspritzleitung 28 zu verbinden.
Derjenige der Behälter 32, 34, der mit der Einspritzleitung 28 verbunden ist, wird durch einen Zufuhrdruck 36 unter Druck gesetzt, der Druck auf den Harz im Behälter ausübt, um den Harz aus dem Behälter, an der Einspritzleitung 28 entlang durch das Ventil 30 und in den Hohlraum der Form 26 zu zwingen.
Der Hohlraum der Form 26 wird bei 27 entlüftet.
Im Betrieb wird das Umschaltventil 36 anfänglich eingestellt, um den Behälter 34 des Heiss-Aushärtungssystems mit der Einspritzleitung 28 zu verbinden. Das Einlassventil 30 wird dann geöffnet und der heiss- aushärtende Harz wird in den Hohlraum der Form gespritzt. Der Harz beginnt aus dem Hohlraum der Form von der Mitte zu den Rändern zu fliessen. Obgleich hier eine zentrale Stiftöffnung beschrieben wird, kann die Methode nach der Erfindung mit einer Vielzahl von anderen Öffnungsauslegungen benutzt werden.
An einer vorbestimmten Etappe während des Einspritzvorgangs wird das Umschaltventil 36 betätigt, um den Behälter 34 des Heiss- Aushärtungssystems 34 von der Einspritzleitung 28 zu trennen und um den Behälter 32 des Kalt-Aushärtungssystems mit der Einspritzleitung zu verbinden, so dass der kalt-aushärtende Harz in die Einspritzleitung 28 gezwungen wird, die sich direkt hinter dem Heiss-Harz- Aushärtungssystem befindet. Das Umschaltventil 36 wird derartig gebaut, dass es gewährleistet, dass keine Luft oder andere Fremdkörper eintreten, wenn das Umschalten stattfindet und die Zufuhr vom Kalt- Aushärtungssystem wird fortgeführt, bis die Form ganz gefüllt ist.
Da der kalt-aushärtende Harz beginnen wird sich auszuhärten sobald er in die Form kommt, (was an diesem Punkt bei einer Temperatur von ungefähr 30ºC sein wird), wird der Harz, der sich nahe der Einspritzöffnung befindet, nur kurze Zeit nach dem Harz am Rand der Form erhärten.
In dem auf Fig. 4 dargestellten Apparat gibt es nur einen Behälter für den Harz und zwei separate Behälter für die Katalysatore zum Beimischen zum Harz sind vorgesehen.
Die auf Fig. 4 dargestellte Form 20 ist die gleiche wie die Form 20 auf Fig. 3. Aber ein anderer Satz Teile ist ausserhalb der Form angeordnet. Die Form enthält ebenfalls einen Aufnehmer 50 für eintreffenden Harz.
In diesem Apparat gibt es einen einzigen Behälter 52 für den Harz, einen Behälter 54 für einen heiss-aushärtenden Katalysator und einen Behälter 56 für einen kalt-aushärtenden Katalysator. Ein Umschaltventil 58 verbindet entweder den einen oder den anderen dieser beiden Behälter über eine Leitung 60 mit einer Pumpe 62, die dann in eine Einspritzleitung 28 bei 64 führt.
Eine zweite Pumpe 66 wird benutzt, um Harz vom Behälter 52 in die Leitung 28 zu pumpen und der Harz und der beigemischte Katalysator gehen dann beide durch einen statischen Mischer (Mixer) 68 der ein korrektes Mischen des Harzes und des Katalysators gewährleistet, bevor das Harzsystem in den Hohlraum 26 der Form eintritt.
In diesem Apparat wird der Betrieb durch einen Rechner 70 gesteuert, der Eingaben vom Aufnehmer 50 für den eintreffenden Harz und einem Pumpenzähler 72 empfängt, der die Harzpumpe 66 überwacht. Der Rechner 70 steuert auch den Betrieb des Umschaltventils 58 und des Einlassventils 30.
Im Betrieb, wenn die Pumpen 62 und 66 arbeiten und das Umschaltventil 58 eingestellt ist, um das Strömen des Hochtemperatur-Katalysators vom Behälter 54 in die Leitung 60 zu ermöglichen, wird ein Harzgemisch mit einem heiss-aushärtenden Katalysator in den Hohlraum 26 der Form eingespritzt.
Wenn der Aufnehmer für den eintreffenden Harz das Eintreffen einer Harzfront erfasst, der angibt, dass der Hohlraum 26 der Form teilweise gefüllt ist, wird ein Signal an den Rechner 70 gesendet, der ein Signal an das Umschaltventil 58 sendet, um ein Umschalten vom Behälter 54 zum Behälter 56 auszulösen. Danach wird die Pumpe 62 den kalt- aushärtenden Katalysator pumpen und ein Gemisch aus Harz und kalt- aushärtendem Katalysator wird das Füllen der Form vervollständigen.
Aus der auf diese Weise ausgeführten Arbeit ergibt sich eine thermische Charakteristik des auf Fig. 2 dargestellten Typs, wo die Vollendung des Aushärtens des kalt-aushärtenden Systems an der Einspritzöffnung am Punkt 118, nur eine verhältnismässig kurze Zeit nach der Vollendung des Aushärtens am Rand der Form bei 114 beendet wird.
Der Apparat der Fig. 4 eignet sich für einen steten Fertigungsvorgang, da der Harz und die Katalysatore nur kurz bevor sie in den Hohlraum der Form eingeleitet werden, miteinander vermischt werden. In der Anlage der Fig. 3, wenn der Harz und der Katalysator vorgemischt werden, findet das Vormischen normalerweise in Losen statt und jedes Los muss in eine Form während einer vorbestimmten Zeit nach dem Mischen des Loses eingespritzt werden, weil der Harz nur über eine begrenzte Zeit zum Erhärten verfügt.

Claims

1. Eine Transferpressmethode für Harz zum Formen von Produkten aus wärmehärtbaren Harzen, in der ein stetiges Strömen von Harz in den Hohlraum (26) einer Form mit einem Harz beginnt, der mit einem ersten Katalysator vermischt ist und bevor die Form voll ist auf den gleichen mit einem zweiten Katalysator vermischten Harz überwechselt, wobei der erste Katalysator ausgewählt wird, um den Harz bei einer höheren Temperatur zu erhärten als der zweite Katalysator.

2. Eine Methode nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet dass hier mehr als zwei Harz/Katalysator-Gemische existieren, wobei aufeinanderfolgende Mischungen bei einer niedrigeren Temperatur erhärten, als die vorhergehende Mischung.

3. Eine Methode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet dass der Wechsel in den Harz/Katalysator-Gemischen stetig durch die Etappe ist, während Harz in die Form fliesst.

4. Ein Apparat zum Formen/Pressen von Produkten aus wärmehärtbaren Harzen, wobei der Apparat enthält: einen Behälter (52) für unkatalysierten Harz, eine Hauptleitung (28), die sich vom Behälter zur Verbindung mit einer Form (20) erstreckt, eine Vorrichtung (66), um den Harz zum Strömen durch die Hauptleitung in die Form (20) zu zwingen, mindestens zwei unabhängige Katalysatorbehälter (54, 56), dadurch gekennzeichnet dass ein Rührer (68) zum Mischen der Katalysatore und des Harzes, dass mindestens zwei Katalysatorbehälter verschiedene Katalysatore enthalten sollen und mit einem einzigen unkatalysierten Harzbehälter verbunden sind und dass eine Vorrichtung (58) zum Verbinden des einen oder anderen Katalysatorbehälters mit der Hauptleitung vorgesehen ist.

5. Ein Apparat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet dass die Vorrichtung (58) einen der Katalysatorbehälter (54, 56) mit der Hauptleitung verbindet, während sie die Verbindung des anderen der beiden Katalysatorbehälter (56, 54) von der Hauptleitung (28) unterbricht und umgekehrt, eine Vorrichtung (70) enthält, um ein Umschalten zwischen den beiden Katalysatorbehältern (54, 56) als Ansprechen auf das Verstreichen einer Zeitspanne nach dem Beginn der Einführung des Harzes in die Form (20) auslöst.

6. Ein Apparat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet dass die Vorrichtung (58) einen der Katalysatorbehälter (54, 56) mit der Hauptleitung verbindet, während sie die Verbindung des anderen der beiden Katalysatorbehälter (56, 54) von der Hauptleitung (28) unterbricht und umgekehrt, eine Vorrichtung (70) enthält, um das Umschalten zwischen den beiden Katalysatorbehältern als Ansprechen auf das Erfassen eines bestimmten Parameters, der mit der Einführung des Harzes zusammenhängt, auszulösen.

7. Ein Apparat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichent dass das Umschalten ausgelöst wird, wenn ein Aufnehmer (50) in der Form erfasst, dass die Harzfront eine vorbestimmte Stellung in der Form erreicht hat.