DK167180B1 - Fremgangsmaade til fremstilling af formede genstande af fiberforstaerket formstofmateriale - Google Patents

Description

- i - DK 167180 B1

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til fremstilling af en formet genstand af et netværk af fiberforstærket, syntetisk formstofmateriale bestående af fra 20 vægt-% til 60 vægt-% enkelte, adskilte fibre, som har et elasticitetsmodul større end 10.000 MPa og er mellem 7mm og 50 5 mm lange, og af fra 40 vægt-% til 80 vægt-% af uforstærket kornet termoplastisk materiale, hvor det kornede, termoplasti ske materiale har en kornstørrelse mindre end 1,5 mm.

Hidtil er fiberforstærkede formstofgenstande blevet formet af massive, stive plader, som omslutter glasfibermåtter, som dannes af meget 10 lange glasfiberkordeller (dvs. fiberbundter) med en længde på måske 200 cm eller mere, der strækker sig på en vilkårligt bugtet måde gennem hele pladen.

Til en tilfredsstillende formning af sådanne plader skal de imidlertid opvarmes homogent. Dette nødvendiggør både tid og nøjagtig tem-15 peraturkontrol, hvis overvarmning og forringelse af pladeoverfladerne ikke skal forekomme, medens kernedelen af pladerne bringes op til den nødvendige formningstemperatur. Sådanne materialer egner sig ikke let til dybttrukken formning.

Ifølge den foreliggende opfindelse er en fremgangsmåde til frem-20 stilling af en formet genstand af et netværk af fiberforstærket, syntetisk formstofmateriale bestående af fra 20 vægt-% til 60 vægt-% enkel te, adskilte fibre, som har et elasticitetsmodul større end 10.000 MPa og er mellem 7mm og 50 mm lange, og af fra 40 vægt-% til 80 vægt-% af uforstærket kornet termoplastisk materiale, hvor det kornede, termopla-25 stiske materiale har en kornstørrelse mindre end 1,5 mm, kendetegnet ved, at netværket først opvarmes med henblik på at fjerne restfugtighed fra dette og dernæst med henblik på at binde fibrene og formstofkompo-nenterne sammen i en selvbærende plade under opretholdelse af formstof-materialets kornede form, at opvarmet luft ledes gennem pladen i en 30 gennemblæsningsovn med henblik på at tilvejebringe en i det væsentlige ensartet opvarmning af pladens bestanddele til en temperatur, hvor viskositeten af det termoplasti ske formstof, som udgør den kornede bestanddel, er tilstrækkelig lav til at lade pladen blive formet til den formede genstand, at den opvarmede, permeable plade anbringes i en 35 trykform, og at pladen påvirkes i trykformen med et forud fastsat tryk - 2 - DK 167180 B1 med henblik på at danne en formet fiberforstærket formstofgenstand.

Efter gennemblæsningsopvarmningen kan strukturen på enkel måde formes til en impermeabel genstand. Alternativt kan den underkastes en begrænset kompression i formen for at forblive permeabel. Den kan på 5 den anden side også sammentrykkes fuldstændigt i formen for at få det smeltede termoplastiske materiale til at fugte fibrene. Formen åbnes derpå let for at tillade materialet at ekspandere som følge af fibrenes spændstighed og blive permeabel som beskrevet i EP O 148 763 A.

De herved opnåede fordele i forhold til den kendte teknik er an-10 ført sidst i beskrivelsen.

Fibrene er fortrinsvis i form af enkle diskrete fibre. Hvor der anvendes glasfibre, og hvor de modtages i form af huggede kordelbundter, brydes kordellerne således ned til enkle fibre, før strukturen dannes.

15 Med et stort elasticitetsmodul skal der forstås et elasticitets modul, som er væsentligt større end det for en massiv plade, som kunne dannes af strukturen. Fibre, som falder inden for denne kategori, omfatter glas, kul og keramiske fibre og fibre som fx. aramidfibre, som sælges under handelsnavnene Kevlar® og Nomex®, og som i almindelighed 20 omfatter enhver fiber, som har et modulus større end 10.000 MPa.

En fremgangsmåde til fremstilling af en struktur af den ovenfor beskrevne art anføres i EP 0148 760 A.

En hensigtsmæssig fremgangsmåde ifølge opfindelsen omfatter opvarmning af pladen i en ovn, i hvilken pladen anbringes mellem åbne 25 støtter, gennem hvilke der ledes varm luft.

Opfindelsen beskrives i det følgende yderligere med henvisning til tegningen, på hvilken: fig. 1 er et skematisk tværsnit gennem en åben permeabel struk-30 tur af den slags, som er egnet som udgangsmateriale i den foreliggende opfindelse, fig. 2 er et snit fra siden gennem en med luft opvarmet ovn, som anvendes ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, og fig. 3 er et snit fra siden gennem en form, der viser en gen-35 stand, som formes i overensstemmelse med fremgangsmåden ifølge opfindelsen.

- 3 - DK 167180 B1

Fig. 1 viser en ukomprimeret fiberstruktur 1, bestående af fibre 2, som er overstrøet med kornet plastisk materiale 3, hvorhos fibrene og de plastiske partikler er bundet sammen for at danne en sammenhængende, men permeabel struktur.

5 Fig. 2 viser en ovn til opvarmning af en permeabel struktur 1 som vist på fig. 1. Ovnen består af en øvre del 4 og en nedre del 5, hvorhos delene 4 og 5 omfatter samlekamre 6 og 7. Den nedre væg 8 på delen 4 og den øvre væg 9 på delen 5 består af gitre, som letter den i det væsentlige uhindrede passage af luften.

10 For at opvarme strukturen 1 ledes varm luft ind i samlekammeret 7, passerer gennem risten 9, strukturen 1 og risten 8 og slippes ud gennem røret 11 fra samlekammeret 6.

Efter opvarmningen som beskrevet, til fx 200°C, overføres strukturen 1 til en form, typisk af den slags, som vises på fig. 3.

15 Fig. 3 viser en form, som har en øvre del 13 og en komplementær nedre del 12, mellem hvilke dele strukturen 1 skal formes. Før eller efter opvarmningstrinet er blevet gennemført, kan strukturen 1 mættes med en flydende termostivnende harpiks, som hærder, i det mindste delvist, medens strukturen er i formen.

20 Formen kan anvendes til fuldt ud at styrke strukturen, således at den frembragte genstand er massiv og impermeabel. Formen kan også sammentrykkes delvist for at forblive porøst. Alternativt kan en porøs genstand tilvejebringes ved delvis eller hel sammentrykning og styrkelse af genstanden og derpå åbning af formen en anelse for at tillade 25 spændstigheden i glasfiberindholdet at udvide genstanden til den ønskede tykkelse.

Det plastiske formstof er fortrinsvis et termoplastisk materiale, som er valg fra gruppen bestående af polyethylen, polypropylen, polystyren, acrylonitrilstyren-butadienpolymer, polyethylen-terephthalat og 30 polyvinylchlorid både i blødgjort og i ikke-blødgjort form. Det forudses, at der kan anvendes ethvert termoplastisk pulver, som ikke kemisk angribes af vand, og som kan blødgøres tilstrækkeligt ved varme for at tillade en smeltning og/eller formning uden at blive kemisk dekompone-ret.

35 En plade af let bundet ustyrket, permeabelt materiale består af - 4 - DK 167180 B1 33% enkeltvise glasfibre af 13 mm længde og 11 ym i diameter, 67% polypropyl enpul ver sammen med en passende antioxidant, og med en massefylde på 3.000 g pr. m2 blev den anbragt i en gennemtørringsovn fremstillet af Honeycomb Engineering Co. Varm luft med en temperatur på 230°C blev 5 ført til den øvre flade på pladen, og et delvist vakuum blev ledt til undersiden. Den porøse natur af pladen tillod den varme luft at passere gennem den, hvorved materialet således opvarmedes ensartet. Efter kort tid (omkring 6 sekunder) var det stadigt porøse materiale fuldt opvarmet til luftens temperatur på 230°C. Denne temperatur, som er ca. 50°C 10 højere end smeltepunktet for polypropylen, tillod en hurtig flytning af måtten fra ovnen og en formning i den rette form. Under opvarmningen af måtten blev der iagttaget, at tryktab over tykkelsen af materialet i det væsentlige var konstant, og det androg omkring 76 cm vandsøjle ved start og voksede til 85 cm ved afslutningen af opvarmningen.

15 Et yderligere eksempel anvendte materiale, som indeholdt 50% glas (13 mm længde, 11 ym diameter som før), 50% polypropyl enpul ver + anti-oxydant. Opvarmningstiden var omkring 4 sekunder med tryktab i det væsentlige det samme som i det tidligere eksempel.

Denne mulighed, at man kan opvarme en porøs ukonsol ideret struktur 20 har et antal signifikante fordele: a) besparelse i behandlingstid og omkostninger, eftersom tilvirkningen undgås.

b) En hastigere opvarmning af materialet forud for form- 25 ningen: næsten 6 sekunder i modsætning til 3 minutter for en massiv plade i en infrarød ovn.

c) Udviklingen af en bedre temperaturgradient gennem tykkelsen af materialet, eftersom gennem!edni ngen af varm luft opvarmer måtten ensartet gennem dens tykkelse, me- 30 dens infrarød opvarmning af en massiv plade frembringer en temperaturprofil fra overfladen til midten med risiko for termisk nedbrydning af formstof på overfladen, før midten har nået den ønskede temperatur.

d) Emner kan udskæres fra den porøse måtte forud for op- 35 varmningen, og "spild"-materialet kan let atter "blødgø- - 5 - DK 167180 B1 res" til genbrug, hvorimod spild stammende fra emner skåret af massive plader skal sønderdeles med meget større omkostninger til en kornet form før genbrug.

5

Claims (8)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af en formet genstand af et netværk af fiberforstærket, syntetisk formstofmateriale bestående af fra 20 vægt-% til 60 vægt-% enkelte, adskilte fibre, som har et elasticitetsmodul større end 10.000 MPa og er mellem 7mm og 50 mm lange, og af fra 5 40 vægt-7. til 80 vægt-% af ukonsol ideret kornet termoplastisk materia le, hvor det kornede, termoplasti ske materiale har en kornstørrelse mindre end 1,5 mm, kendetegnet ved, at netværket først opvarmes med henblik på at fjerne restfugtighed fra dette og dernæst med henblik på at binde fibrene og formstofkomponenterne sammen i en selv-10 bærende plade under opretholdelse af formstofmaterialets kornede form, at opvarmet luft ledes gennem pladen i en gennemblæsningsovn med henblik på at tilvejebringe en i det væsentlige ensartet opvarmning af pladens bestanddele til en temperatur, hvor viskositeten af det termo- plastiske formstof, som udgør den kornede bestanddel, er tilstrækkelig 15 lav til at lade pladen blive formet til den formede genstand, at den opvarmede, permeable plade anbringes i en trykform, og at pladen påvirkes i trykformen med et forud fastsat tryk med henblik på at danne en formet fiberforstærket formstofgenstand.

2. Fremgangsmåde ifølge krav l, kendetegnet ved, at bes-20 tanddelene bindes sammen ved overfladesammensmeltning af det kornede formstofmateriale.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at bestanddelene bindes sammen ved overfladesammensmeltning af et bindemiddel, som tilsættes under dannelsen af netværket.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 3, kendetegnet ved, at bin demidlet vælges fra gruppen bestående af polyvinylalkohol, polyvinyla-cetat, carboxymethylcellulose og stivelse.

5. Fremgangsmåde ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at fibrene er glasfibre med en diameter mindre end 30 13 pm.

6. Fremgangsmåde ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at det plastiske formstof er et termoplastisk materiale, som er valgt fra gruppen bestående af polyethylen, polypropylen, - 7 - DK 167180 B1 polystyren, acrylonltri 1styren-butadi enpolymer, polyethylenterephthalat og polyvinylchlorid både i blødgjort og i ikke-blødgjort form.

7. Fremgangsmåde ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at bindingsgraden styres med henblik på at binde be- 5 standdelene, men stadig beholde tilstrækkelig fleksibilitet til en op-spoling af strukturen.

8. Fremgangsmåde ifølge ethvert af de foregående krav 1-6, kendetegnet ved, at bindingsgraden styres med henblik på at fremstille en stiv, men 1 uigennemtrængelig plade. 10