DK151296B - Fiberforstaerket strukturenhed, saasom et byggeelement, samt fremgangsmaade til fremstilling af samme. - Google Patents

Description

i 151296

Opfindelsen angår en strukturenhed, såsom et byggeelement, der omfatter en forstærkning af en harpiksbehandlet fiber.

Den traditionelle fremgangsmåde til fremstilling af strukturer, såsom maste, flykroppe, brogitterstrukturer, køretøjer, maskinstel, 5 tagkonstruktion og møbler, involverer sædvanligvis brugen af præfabrikerede materialestænger eller bjælker, som tilskæres i længden og forbindes til hinanden i enderne til tilvejebringelse af en gitterkonstruktion af en eller anden art. Alternativt kan en støbeform anvendes til støbning af strukturen med metal eller et eller andet egnet materiale.

10 Eller strukturen kan frembringes ved at skære et præfabrikeret ark eller plade i form og forbinde stykkerne med søm eller nitter, ved svejsning eller limning til frembringelse af den ønskede form.

De traditionelle fremgangsmåder har den ulempe, at konstruktionsmaterialerne skal fremstilles forinden, forberedes og tilskæres, og de 15 tilpassede elementer skal sammenføjes, f.eks. ved nitning eller svejsning, medens støbte elementer kun kan fremstilles ved brugen af dyre og ofte komplicerede støbeforme og ovne.

Det er velkendt at frembringe geodætiske strukturer (hule skalstrukturer), såsom propeller, trykbeholdere, f.eks. raketmotorhylstre, 20 ved at vikle harpiksimprægnerede filamenter på en formdanner og hærde harpiksen.

Således kendes der fra GB patentskrift nr. 935.332 en hul beholder eller tank med ovaloide ender og en cylindrisk krop, som er frembragt ved omkring et afstandsstykke, der i hver ende er forsynet 25 med et ovaloidt endestykke, at vikle et filament i spiralformede vindinger tæt ved siden af hinanden fra ende til anden af stykket til frembringelse af et hylster af filamentvindinger og påføre filamenthylsteret et hærdneligt bindemiddel og hærdne dette til sammenbinding af filamentvindingerne. Filamenthylsteret kan eventuelt også omfatte 30 mellemliggende cylindriske gjordlag af side-ved-side viklede, cirkulære filamentvindinger til forstærkning af beholderens cylindriske krop.

Fra GB patentskrift nr. 1.305.198 kendes endvidere et udliggerorgan til en kran eller en båd, som er frembragt ved omkring en (i tværsnit kvadratisk) trækerne at vikle en flerhed af stramme vindinger 35 af et harpiksbehandlet plastreb i spor, der er tilvejebragt i form af langsgående og to sæt modsat forløbende spiralformede fordybninger i overfladen af trækernen, til tilvejebringelse af en hylsterformet åben netværksstruktur, som overtrækkes med en hud af harpiksimprægneret, glasfiberforstærket plasttekstil, og de benyttede harpikser hærdes.

2 151296

Endelig kendes fra US patentskrift nr. 3.649.401 en sokkel til husligt inventar, hvilken sokkel frembringes ved at trække en poly-esterharpiksmættet glasfibersnor i et eller andet mønster mellem nile eller tappe, der er anbragt i den perifere rand af to indbyrdes 5 parallelle endeplader, som fastholdes i indbyrdes afstand fra hinanden af et centralt anbragt afstandsorgan, såsom et rør, således at der frembringes en eller flere omdrejningsflader, såsom en hyperbol, af mere eller mindre tætliggende, parallelt forløbende og/eller hinanden · krydsende glasfiberstrenge (som eger i et hjul), og efter afbinding af 10 polyesterharpiksen udtrækkes nålene/tappene af den perifere rand af endepladerne, som sammen med afstandsorganet derefter fjernes fra den opbyggede struktur, hvis ender derpå eventuelt indstøbes i plast til dannelse af en bære- eller understøtningsplade.

Fælles for ovenstående hidtil kendte anvendelser af harpiksimpræg-15 nerede, fiberbaserede filamenter eller snore til frembringelse af strukturenheder med en vis mekanisk styrke har således været baseret på, at filamenterne eller snorene opbygges til en skalkonstruktion, hvis geometri i sig selv eller specielle geometriske form, som velkendt, giver den pågældende konstruktion bøjningsstivhed og "ekstern trykstyrke" 20 eller "intern trykstyrke", når den geometriske skalform er en sådan, at filamenternes eller snorenes naturlige trækstyrke kan udnyttes.

Det har derfor hidtil været ukendt, at harpiksbehandlet fiberfilament eller -snor kan benyttes til opbygning af en strukturen hed, såsom et byggeelement, med forøget indre trykspænding og bøjnings-25 stivhed, uden at fiberfifamenterne eller -snorene tildannes til mere eller mindre kontinuerte, hule skalkonstruktioner, som det er omstændeligt, tidkrævende og besværligt og derfor bekosteligt at frembringe.

Med den foreliggende opfindelse har dette imidlertid vist sig muligt, idet strukturenheden ifølge opfindelsen, der omfatter en 30 forstærkning af en harpiksbehandlet fiber, er ejendommelig ved, at strukturenheden omfatter den harpiksbehandlede fiber i form af en rumlig, åben, stiv gitterstruktur, og at fiberen er indesluttet i et størknet, opskummet materiale.

Ved at tildanne den harpiksbehandlede fiber til en rumlig, åben, 35 stiv gitterstruktur og omgive denne med et størknet skummateriale tilvejebringes en ikke hidtil kendt strukturenhed, hvor skummets styrke og stivhed er forbedret i forhold til skummet alene.

Strukturenheden er fortrinsvis tilpasset til via gitterstrukturen at kunne fastgøres til en anden tilstødende enhed, hvorved det er muligt 3 151296 at opbygge en samling af enheder. Fastgørelsesanordningerne omfatter fortrinsvis fremspringende elementer, der griber ind i hinanden, på tilstødende enheder, samvirkende han- og hunelementer på tilstødende enheder eller noget hertil ækvivalent. Skummaterialet kan være uorga-5 nisk eller organisk, og de foretrukne skummaterialer er (organiske) polyurethaner, phenoliske harpikser, urinstofformaldehydharpikser og (uorganisk) opskummet magnesiumoxychlorid og gips. Fortrinsvis vikles gitteret eller rumadskillelsen på en formdanner, som kan være fjernelig som beskrevet i beskrivelsen til den sideløbende britiske ansøgning nr.

10 2.004.835A.

Opfindelsen angår også en fremgangsmåde til fremstilling af strukturenheden ifølge opfindelsen, hvilken fremgangsmåde er ejendommelig ved, at en harpiksbehandlet fiber vikles om en formdanner til frembringelse af en rumlig, åben gitterstruktur, at harpiksen hærdes, 15 og formdanneren derefter eventuelt fjernes helt eller delvis, at gitterstrukturen anbringes i en form og omgives med et opskummet materiale, som bringes til at størkne, hvorefter formen eventuelt fjernes.

Fibrene er fortrinsvis glasfibre, og resinen gennemtrænger og 20 væder fortrinsvis fibrene. Et stort antal polymerresiner kan anvendes inklusiv polyesterresiner, og resinen kan hærdes ved de sædvanlige metoder, som f.eks. ovnopvarmning, lufthærdning og ultraviolethærd-ning.

Ved anden anvendelse af strukturenhederne kan dimensionerne af 25 den forstærkede rumadskillelse gøres forenelige med anden bygningsteknik, f.eks. med en murstenstørrelse på 22,8 x 11,4 x 7,6 cm, med byggeblokke på 46 x 23 x 23 cm. Fastgørelsesanordningen kan også være forenelig med andre byggeenheder.

Formen af gitteret eller rumadskillelsen vælges til at passe til 30 hvert specielt krav, men af styrkemæssige grunde er den foretrukne form et tetraedrisk eller diamantlignende gitter. En anden hensigtsmæssig form er den kvadratiske.

En strukturenhed kan dannes ved fremstilling af et gitter ved at vikle resinbelagte fibre rundt om en formdanner, som beskrevet i 35 beskrivelsen til den sideløbende britiske patentansøgning nr. 39635/77 og der hærde resinen. Gitteret placeres derefter i en støbeform, og et skummateriale fyldes rundt om det til dannelse af strukturenheden. Støbeformens vægge kan bibeholdes som en beklædning for blokkene 4 151296 eller fjernes. Et antal af de fremkomne strukturenheder kan derefter bruges som byggeblokke til konstruktion af den ønskede struktur.

Denne teknik foretrækkes, når der bruges uorganiske skummate-rialer, såsom cellebeton, hvor de enkelte enheder formes på stedet og 5 derefter oprejses på stedet. Når man bruger organiske skummaterialer, såsom phenoliske resiner, foretrækkes det at oprejse gitterstrukturen til at begynde med. Denne struktur beklædes derefter med f.eks. gipsplade, og de organiske skumbestanddele opskummes, idet beklædningen • bruges som støbeformen.

10 Strukturenhederne ifølge opfindelsen kan bl.a. anvendes til isolering af bygninger, hvorved strukturenhederne fastgøres til en bygnings ydervægge, og overfladerne af enhederne derefter pudses.

Enhederne holdes til væggene ved fortrinsvis at bruge etvejs hæfteblik, som stikker ud fra væggene. Enhederne kan pudses ved 15 hjælp af traditionelle materialer, men fortrinsvis med glasfiberforstærket cement.

Opfindelsen vil nu blive beskrevet ved hjælp af eksempler under henvisning til tegningen, hvor:

Figur 1 viser en åben, stiv gitterstruktur ifølge opfindelsen, 20 Figur 2a og 2b viser alternative anordninger til fastgørelse af en lignende gitterstruktur til gitterstrukturen ifølge figur 1, og

Figur 3 viser et udsnit af en støbeform til brug ved fremstilling af en strukturenhed ifølge opfindelsen.

De følgende eksempler er eksempler på faste gitterstrukturer, der 25 er konstrueret ved at vikle kontinuerlige glasfibre eller råbånd, der er gennemvædet i polyesterresin, rundt om et formapparat til frembringelse af en tredimentionel struktur, der passer til at blive omgivet med en støbeform, i hvilken der kan fyldes skummateriale.

Det kontinuerlige kabel blev fremstillet ved at føre tre kontinuer-30 lige bundter af glasfiberråbånd gennem et polyesterresinbad og derefter gennem et målefelt til frembringelse af omtrent ensartet kabeldiameter (ikke vist). De anvendte glasfiberråbånd indeholdt omkring 208 fibre med en diameter på ca. 10 mikron. Den anvendte polyesterresin var Cellobond A2785 CV, idet der blev brugt MEK peroxid katalysator og 35 0,6% cobaltopløsning som accelerator. Formulationerne blev valgt således, at fibrene var lette at væde, men med tilstrækkelig viskositet til reduktion af tendensen til at løbe af. Det er også ønskeligt, at viklingen af strukturerne kan færdiggøres før størkning af resinen, og der må derfor vælges en passende resinstørkningstid. Efter vikling fik 5 151296 strukturerne lov til at hærde ved stuetemperatur I adskillige timer, afhængig af formulationen.

Strukturerne blev viklet på formeapparater, hvor den præcise form heraf var afhængig af den strukturform, der skulle dannes. Figur 1 5 illustrerer konstruktionen af en gitterstruktur 1 ved anvendelse af et enkelt, sammenfoldeligt formeapparat 2. En central stangstruktur 3 udstrækker længden af den struktur, der skal vikles, og stangen har fremspringende arme 4. Til dannelse af et triangulært dragertværsnit udvajer der tre arme 4 i passende vinkler i forhold til hinanden fra 10 stangstrukturen til frembringelse af den ønskede dragertværsnitsprofil.

Hver arm 4 bærer et U-formet element eller krog 5 i sin yderste ende og er forbundet til stangen i sin modsatte ende ved hjælp af fjernbare tappe og fastgørrelsesorganer 6, hvilket gør det muligt, at fjerne formeapparatet 2 fra strukturen 1 efter hærdning.

15 Den kontinuerlige polyesterresinimprægnerede fiber blev til fastlæggelse af dragerformen viklet i sekvens fra fremspringende elementer eller kroge på formeapparatet under operatørens eller automatisk strækning.

Krogene blev belagte med et egnet støbningsfrigørende middel til fremme 20 af let adskillelse af formeapparatet fra båndene, når formeapparatet er af den fjernelige type. Hvor bånd fra modstående kroge 5 krydser hinanden, blev båndene flettet ind i hinanden til dannelse af monolitiske knuder og stivere 10 og derved forøge strukturens styrke og stivhed. Indfletning kan også opnås ved vikling fra modsat retning af struktur-25 ens U-formede elementer eller kroge, hvilket også gør det muligt at opnå et større kontaktområde mellem tilstødende bånd.

Formeapparaterne, der bruges til bygning af strukturerne, kan blive siddende efter hærdningen og udgør en integreret del af strukturen eller kan foldes sammen og fjernes.

30 Til yderligere forøgelse af strukturstyrken kan båndene af resin- imprægneret glasfiber vikles gentagne gange mellem et par kroge indtil den ønskede fibertykkelse opnås, og således styrke strukturen på ønskede steder.

De enkelte gitterstrukturer tilpasses således, at de kan fastgøres 35 til tilstødende gitterstrukturer for derved at opbygge større og forskellige former. Således kan man i figur 1 bruge en fjernelig stang 7, der bærer en eller flere bøsninger, i stedet for at bruge den U-formede krog. Eller der bruges, som på tegningen, en aluminiumspole 8, som er beregnet til at udgøre en permanent del af strukturen. Bøsningerne har 6 151296 en skive 9 pi stangen 7 pi hver side af bøsningerne og belægges med et støbningsf rigørende middel, således at bind kan vikles rundt om bøsningen 8 og mellem skiverne 9. Efter hærdning af strukturen kan skiverne 9 og formeapparatet 1 fjernes, og bøsningerne 8 kan bruges til 5 fastspænding af strukturen 1 til visse bygningsstrukturtyper, f.eks.

Dexion eller en anden lignende gitterstruktur. Bøsningerne kan også være forsynet med skruegevind.

Alternativt kan anvendes broplader 11 som vist på figur 2(a), hvilke plader har en boltet eller skruet fastgørelse eller trykfastgørelse 10 til bøsninger 12 på tilstødende enheder. Figur 2(b) viser endnu en alternativ fastgørelsesanordning ved brug af han- og hunfremspring 13,14 som tillader trykfastgørelse, bolte- eller skruefastgørelse til tilstødende enheder.

Sammenbindingen af enkelte gitterstrukturer kan finde sted enten 15 før eller efter indføring af skummateriale. I det sidste tilfælde er det ønskeligt, at fastgørelsesanordningerne rager ud fra skummaterialet, således at tilslutningen lettes.

Som vist på figur 3 blev der fremstillet en prøve på en gitter-struktur 15 på ca. 1 m på en enkel skabelon (ikke vist), og den blev 20 forsynet med en krydsfinerplade 16 på en side og et formica-laminat 17 på den anden side, hvilket også udgjorde støbeformen. Støbeformen blev derefter fyldt med skum 18. Mellemrumsstrukturen bestod af et kvadratisk gitter lavet af et g lasfiber råbånd 20 cm væk fra et lignende gitter i en afstand på 20 cm, og begge gitre blev forbundet ved hjælp 25 af 4 enkeltråbåndsdiagonaler, der førte fra hvert gitterknudepunkt til 4 knudepunkter i det andet gitter. På denne måde opnåedes en stiv, let strukturvæg. Dens stivhed kan imidlertid yderligere forbedres meget af beklædningsmaterialerne og også af skumfyldningen, som forhindrer at diagonalerne og gitterdelene bøjer ud, hvorved glasfiberråbåndenes 30 fulde, ekstremt høje belastningsegenskaber faktisk kan udnyttes. De fremkomne vægge kan gøres forenelige med beklædningsmaterialer (f.eks. krydsfiner, formica, gips, plademetal, asbestcementplader, mursten, byggeblokke, keramikfliser, Dexion).

Eksempler på anvendte skummaterialer er som følger. Et phenol-35 baseret skum blev fremstillet ud fra (a) 100 gram Rezolan ( en phenolisk resin), (b) 6 gram Cellstab 6 og (c) 2 gram Cellstab 17 (begge overfladeaktive midler) (d) 25 gram Freon opblæsningsmiddel (et trichlorfluormethan) og (e) 30 gram Phencat (en sur hærdningskatalysator). Komponenterne (a), (b) og (c) blev blandet sammen i be- 7 151296 gyndelsen. Derefter blev komponent (d) tilsat og sammenblandet. Til sidst blev komponent (e) tilsat, hurtigt sammenblandet, og blandingen blev hældt i støbeformen, der indeholdt gitterstrukturen. Massefylden 3 af slutskummet var fra 35 til 50 kg/m .

5 Også uorganiske skummaterialer kan bruges som i det føgende ek sempel. En opslæmning af 200 g portlandcement, 200 g sand og 100 ml vand blev fremstillet, og der blev også fremstillet en opløsning af 1 ml Expandol skummiddel (et fluorineret protein) og 24 ml vand. Et skum blev derefter dannet ved at blande opløsningen i en hurtigtkørende 10 blander i ca. 90 sekunder. Skummet blev derefter tilsat til sand-ce-mentopslæmningen og blandet i ca. 10 sekunder. Gitterstrukturen blev anbragt i en støbeform, og det opskummede cement blev tilsat og fik lov til at størkne. Massefylden af det opnåede skum var ca. 620 kg/m . Nedenstående tabel angiver sammenlignende værdier for tryk-15 spænding, bøjningsstivhed og varmeledningsevne for gitterstrukturen alene og for gitterstrukturen omgivet af phenolisk skum. Gitterstrukturen havde en tykkelse på 35 cm og en gittercellestørrelse på 50 2 cm .

20 Tabel

Trykspænding Bøjningsstivhed Varmeledningsevne 2 2 o

kg/m kg‘ mm Watt/meter °C

Gitterstruktur 16.000 1,3 x 10^ 25 alene

Gitterstruktur 18.000 2,4 x 10^ 0,03 med phenolisk skum.

30 _

Tabellen viser en klar forbedring af strukturegenskaberne ved brug af skummaterialet i forbindelse med gitterstrukturen.

35

Claims (6)

151296

1. Strukturenhed, såsom et byggeelement, der omfatter en forstærkning af en harpiksbehandlet fiber, kendetegnet ved, at 5 strukturen heden omfatter den harpiksbehandlede fiber i form af en rumlig, åben, stiv gitterstruktur (1,15), og at fiberen er indeluttet i et størknet, opskummet materiale (18).

2. Strukturenhed ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den på gitterstrukturen (1,15) har anordninger til fastgørelse til 10 tilstødende anbragte, lignende enheder eller til en tilstødende, forenelig enhed.

3. Strukturenhed ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at fibrene omfatter glasfiber.

4. Strukturenhed ifølge et hvilket som helst af de forudgående 15 krav, kendetegnet ved, at den har en ydre beklædning, som fungerer som støbeform for skummaterialet under enhedens fremstilling.

5. Strukturenhed ifølge krav 4, kendetegnet ved, at beklædningen er en gipsplade.

6. Fremgangsmåde til fremstilling af en strukturenhed ifølge krav 20 1, kendetegnet ved, at en harpiksbehandlet fiber vikles om en formdanner (3,4,5,6,7,8,9) til frembringelse af en rumlig, åben gitterstruktur, at harpiksen hærdes, og formdanneren derefter eventuelt fjernes helt eller delvis, at gitterstrukturen anbringes i en form og omgives med et opskummet materiale, som bringes til at 25 størkne, hvorefter formen eventuelt fjernes.