EA031976B1

EA031976B1 - Способ и устройство для производства термопластичной сэндвич-конструкции

Info

Publication number: EA031976B1
Application number: EA201600349A
Authority: EA
Inventors: Мартин Теодор Де Гроот
Original assignee: Фитс Холдинг Б.В.
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2014-10-28
Publication date: 2019-03-29
Also published as: SA516370944B1; NL1040475C2; US10369726B2; US20160271846A1; TR201909435T4; EA201600349A1; WO2015065175A1; JP6474399B2; EP3062983A1; KR102216480B1; CN105705311A; EA201600350A1; KR20160078345A; KR20160078354A; PL3062983T3; EP3062983B1; EP3062982B1; CN105705310B; US10471634B2; CA2924457C

Abstract

Настоящее изобретение относится к способу производства и устройствам (100) для изготовления сэндвич-конструкций (10), имеющих в своем составе хотя бы один вспененный слой (12, 12a, 12b) первого термопластика, содержащего химическое вспучивающее вещество, и два фиброармированных наружных слоя (20, 22) второго термопластика. Температура распада химического вспучивающего вещества выше, чем точка или интервал плавления первого термопластика. Способ включает несколько этапов, которые проходит первичная конструкция (40), а именно: нагревание под давлением для распада вспучивающего вещества, охлаждение, вспенивание и последующее охлаждение при контакте с пресс-формами.

Description

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для производства сэндвич-конструкции, имеющей в составе термопластичный вспененный слой и фиброармированные наружные слои термопластика.

Общеизвестный способ производства термопластичной сэндвич-конструкции включает экструзию слоя вспененного термопластика и его адгезию в качестве пенонаполнителя между двумя фиброармированными термопластичными наружными слоями, выполненными обычно из того же термопластика, как и вспененный слой. Недостаток такого способа заключается в том, что вспенивание ядра и его адгезия через наружные слои являются отдельными этапами, которые требуют тщательного контроля и регулирования.

ЕР-А-636463 описывает способ порционного производства сэндвич-плиты, состоящей из вспененного центрального слоя и армированных волокном двух наружных слоев. Такой порционный способ включает в себя следующие этапы: получение листа термопластичного материала, такого как полиимодоэфир, содержащего достаточное количество растворителя; размещение этого листа между фиброармированными слоями схожего термопластичного материала, такого как полиимодоэфир; расположение центрального и наружного слоев между двумя прессующими пластинами; подачу тепла и давления на прессующие пластины для вспенивания центрального слоя и охлаждения прессующих пластин при достижении установленной толщины вспененного слоя. Вспенивание в данном случае производится при температуре ниже Tg полиимодоэфира, содержащего дихлорометан в качестве наполнителя, выступающего как агент физического вспенивания. Еще один недостаток порционного метода состоит в его низкой скорости производства, в особенности при изготовлении сэндвич-конструкций. Также удаление растворителя из сэндвич-конструкции путем сушки является длительным и энергозатратным этапом, который приводит к увеличению расходов на производство.

GB 701066 описывает способ порционного производства материалов с закрытой ячеистой структурой из термопластичной массы, такой как поливинилхлорид, путем разжижения газов под высокой температурой в закрытом прессе с нагреванием до полного образования желатинообразной массы. После получения желатинообразной массы давление уменьшается, а прирост объема полученной массы составляет 1/5-2/5 от исходного, затем масса охлаждается. Давление на массу прекращается, она начинает свободно набухать. Данный способ не подходит для производства сэндвич-конструкций, так как при свободном набухании массы наружный слой изгибается, что приводит к возникновению неровной и шероховатой поверхности наружных слоев. US-A-3160689 описывает способ порционного производства материалов с закрытой ячеистой структурой, начиная с пластигеля или поливинилхлорида, имеющего в своем составе пластификаторы и/или растворители, а также скрытое вспучивающее вещество, сохраняющее консистенцию замазки. Это достигается путем добавления желатинизирующих загустителей. Пластигель в форме массы уменьшенного размера помещается в сосуд под сверхатмосферным газовым давлением и подвергается нагреванию с целью разложения скрытого вспучивающего вещества и желатинизирования пластигеля. Желатинизорованная масса затем охлаждается до температуры ниже температуры желатинизации, сохраняя свои пластичные характеристики. Давление уменьшается, что способствует набуханию массы до приобретения ей окончательной формы, без контактирования с прессованными стенками. В данном случае предпочтительно выделение ограниченного количества газа, распределенного в сформированной массе, до ее охлаждения. Данный способ не подходит для производства сэндвич-конструкций, т.к. наружные слои изгибаются и не приобретают гладкую и прямую форму. Более того, расширение массы во всех направлениях для ее вспенивания не применяется для армированных наружных слоев.

Добавление желатинизированного материала ухудшает механические свойства пены и тем самым компрессию/предел прочности конечной массы. Однако в сэндвич-конструкции механические характеристики пены важны для конечных механических характеристик сэндвич-конструкции. Стоит избегать наличия желатинизированного материала, а присутствие существенного количества растворителей губительно для использования в сэндвич-конструкциях, т.к. растворители должны быть удалены высушиванием, в том числе в печи, что является длительным процессом в связи с тем, что оставшийся растворитель в пене должен рассеяться через наружные слои. Внедрение твердых веществ во вспененный слой нежелательно для легковесных продуктов.

Целью изобретения является создание способа производства сэндвич-конструкции, содержащей в своем составе слой термопластика и фиброармированные термопластичные наружные слои, которая не имеет вышеперечисленных недостатков либо обладает меньшим количеством отрицательных параметров.

Еще одна задача данного изобретения состоит в том, чтобы непрерывное производство таких сэндвич-конструкций происходило в одном прессе.

Другая цель настоящего изобретения заключается в создании способа для непрерывного производства такой сэндвич-конструкции, а также технического устройства для реализации такого способа.

Также целью настоящего изобретения является создание способа для производства трехмерных объектов на основе такой сэндвич-конструкции.

При первом рассмотрении предлагаемого способа производства сэндвич-конструкций сэндвич- 1 031976 конструкция включает по крайней мере один вспененный слой первого термопластика и два фиброармированных наружных слоя второго термопластика. Способ включает следующие этапы:

a) получение первичной конструкции, состоящей из по крайней мере одного слоя первого термопластика, обладающего температурой плавления или температурным интервалом плавления, и двух фиброармированных наружных слоев второго термопластика; хотя бы один слой термопластика должен содержать химическое вспучивающее вещество с температурой распада выше температуры плавления или температурного интервала плавления первого термопластика;

b) контактное нагревание первичной конструкции до температуры выше температуры распада химического вспучивающего вещества до его распада, что позволяет создать промежуточную конструкцию с присутствием в ней разложившегося химического вспучившегося вещества хотя бы в одном слое термопластика;

c) после разложения химического вспучившегося вещества охлаждают промежуточную конструкцию, полученную при температуре вспенивания, которая выше температуры или интервала плавления первого термопластика, причем этап нагревания b) и этап охлаждения с) проводят под давлением, пока первичная конструкция контактирует с пресс-формами, что предотвращает вспенивание хотя бы в одном слое первого термопластика;

d) сразу после этапа с) при температуре выше температуры вспенивания, при которой вспенивается хотя бы один слой термопластика, который содержит разложившееся химическое вспучивающее вещество промежуточной конструкции, объем промежуточной конструкции подвергают увеличению до достижения конечной массы и оставляют неизменной, таким образом, получают сэндвич-конструкцию, которая содержит хотя бы один вспененный слой вспененного первого термопластика и два фиброармирванных наружных слоя второго термопластика;

e) охлаждение сэндвич-конструкции, полученной в ее преимущественно постоянной массе.

Способ соединения листов согласно настоящему изобретению, при котором хотя бы один слой первого термопластика включает химическое вспучивающее вещество и располагается между двумя фиброармированными наружными слоями второго термопластика, используется как первичная конструкция (этап а)). Первый термопластик имеет точку плавления или интервал плавления. Химическое вспучивающее вещество выбирается с условием, чтобы его температура распада была выше, чем точка плавления или интервал плавления первого термопластика. На этапе b) первичная конструкция подвергается тепловой обработке, в частности происходит контактный нагрев путем использования нагретых пресс-форм, что приводит к распаду химического вспучивающего вещества и выделению газов из продуктов распада, таких как азот, аммиак, кислород, окись углерода, углекислый газ. Для проведения реакции распада должным образом для массового производства требуется температура в интервале 15-60°С выше температуры распада. Газы, выделяющиеся при распаде продуктов, задерживаются хотя бы в одном слое первого термопластика промежуточной конструкции, в то время как конструкция подвергается охлаждению, например обертыванием промежуточной конструкции, включая основные и боковые поверхности. Промежуточная конструкция находится под давлением при контактировании с пресс-формами, что предотвращает вспучивание хотя бы одного слоя первого термопластика, содержащего газы, выделяющиеся из продуктов распада химического вспучивающего вещества. В настоящем описании конструкция хотя бы с одним еще не вспененным слоем первого термопластика, содержащим газы, выделяющиеся из продуктов распада химического вспучивающего вещества, расположенным между двумя наружными слоями, называется промежуточной конструкцией. По мере достаточного охлаждения (этап с)) до температуры выше точки плавления или интервала плавления во вспениваемом слое первого термопластика, пока промежуточная конструкция контактирует с пресс-формами, объем промежуточной конструкции может быть увеличен на этапе d) до окончательной массы. Окончательная толщина для сэндвич-плиты и/или бесконечного/непрерывного продукта сэндвич-конструкции достигается путем увеличения расстояния между пресс-формами пресса, что приводит к вспениванию хотя бы одного слоя первого термопластика посредством расширения газов от продуктов распада. Этап охлаждения c) перед этапом вспенивания d) исключает данный процесс в связи с существенно малой силой, оказываемой пресс-формами во время вспенивания фиброармированных наружных слоев термопластика, подверженных релаксации, в особенности если температура будет выше, чем точка или интервал плавления второго термопластика во время его вспенивания. Такая релаксация будет влиять на механические свойства конечного продукта, а также ухудшит внешний вид поверхности. Таким образом, промежуточная конструкция может вспениваться на отдельном этапе вспенивания до образования желаемого окончательного объема. Обычно увеличивается только толщина. На данном этапе образуется продукт сэндвич-конструкции, который в своем составе имеет хотя бы один вспененный слой первого термопластика и хотя бы два наружных фиброармированных слоя второго термопластика. На этапе е) полученный улучшенный сэндвич-лист охлаждается, при этом находясь под давлением в контакте с пресс-формами; объем остается постоянным. Стоит отметить, что в связи с разницей между температурой рабочего процесса этапа d) и конечной низкой температурой (обычно рабочей температурой среды) может произойти уменьшение объема (сжатие), которое зависит от температуры. В любом случае дальнейшего расширения не происходит. Целесообразно проводить

- 2 031976 этап охлаждения под высоким показателем охлаждения, по крайней мере, ниже температуры плавления первого термопластика. Это приводит к быстрому отвердению вспененных ячеек первого термопластика.

Окончательный сэндвич-продукт может быть обработан различными способами: нарезан в соответствии с размером, ему может быть придана форма (например, деформация), упакован и складирован.

В данном изобретении распад химического вспучивающего вещества не происходит одновременно с процессом вспучивания хотя бы одного слоя первого термопластика, который изначально содержит химическое вспучивающее вещество, и под разной температурой. В соответствии с настоящим изобретением температура распада химического вспучивающего вещества выше, чем температура плавления или интервал плавления первого термопластика. Если этапы распада и вспенивания проводились одновременно при одинаковой температуре, то такая рабочая температура будет подходящей для распада, но может быть слишком высокой для адекватного вспенивания ячеек из-за низкой вязкости или прочности расплава первого термопластика. Если одновременно используется подходящая температура с точки зрения вязкости и прочности плавления для первого термопластика, тогда скорость распада будет медленнее, что станет сдерживающим фактором в непрерывном процессе. Распад химического вспучивающего вещества при высокой температуре и при низкой вязкости и прочности расплава способствует хорошему распределению газов от продуктов распада через первый термопластик. Пленки первого термопластика с достаточным количеством химического вспучивающего вещества экструдируются при температуре выше температуры плавления или интервала плавления термопластика и ниже начальной температуры распада вспучивающего вещества. Начальная температура распада вспучивающего вещества часто находится в пределах 10-20% от температуры плавления первого термопластика. Тем самым эффективный распад химического вспучивающего вещества в течение десятка секунд может быть произведен при температуре на 25-35% выше температуры плавления или интервала плавления первого термопластика.

Например, коммерчески доступный изотактический пропилен имеет точку плавления (определенную дифференциальной сканирующей калориметрией) в интервале 160-171°С в зависимости от количества присутствующего атактического полипропилена и кристалличности. Азодикарбонамид, зависящий от фактического размера частиц, обычно начинает процесс распада при температуре выше 170°С, в то время как термический распад в настоящем изобретении преимущественно происходит при значительно более высокой температуре, как указано ранее, выше 200°С.

Выбор материалов хотя бы для одного слоя первого термопластика и его наружных фиброармированных слоев, помимо всего прочего, зависит от желаемых характеристик конечного продукта. Термопластики, подходящие для слоя, подлежащего вспениванию с использованием химического вспучивающего вещества, содержат аморфные и кристаллизующиеся термопластики. Кристаллизующиеся термопластики являются предпочтительнее, т.к. разница между температурой стеклования и температурой плавления маленькая. Это дает возможность отвердению термопластика, как только он вспенился при маленьком температурном интервале. Для массового производства полиолефины, такие как полиэтилен и полипропилен, являются предпочтительными вариантами.

Нижний и верхний фиброармированные наружные слои изготавливаются из того же материала второго термопластика и с тем же армированием. В зависимости от требуемых характеристик с точки зрения конечного использования, второй термопластик и фиброармированные материалы для верхнего и нижнего фиброармированных наружных слоев могут различаться.

Термопластики для вспененного слоя и наружных слоев могут быть одинаковыми или разными, включая разные категории. В целях обозначения термопластик в наружном слое (если присутствует) называется вторым термопластиком. В качестве примера можно привести полиолефины, получаемые из С₂С₄ мономеров, такие как полипропилен (РР) и полиэтилен (РЕ), полиамид (РА), полиэтилентерефталат (PET), поликарбонат (PC), полиэфиримид (PEI), полиэфирсульфон (PES), полисульфон (PSU), полифенилсульфон (PPSU), продукты полимеризации кетонов, такие как полиэфирэфиркетон (PEEK), полифенилен сульфид (PPS), жидкие кристаллические полимеры, поливинилхлорид (PVC), термопластиковый полиуретан (TPU) и т.д., так же, как и их комбинации. Подобным образом могут быть рассмотрены и термопластичные биополимеры.

Как указано выше, возможны комбинации разных термопластиков для первого и второго термопластиков. Такими примерами являются полипропилен (РР) для по крайней мере одного вспененного слоя, покрытого фиброармированными наружными из PPSU, PS, PEEK или PC, PES или PPSU для хотя бы одного вспененного слоя, покрытого фиброармированными наружными слоями из PSU или PC.

С точки зрения природной сочетаемости природа первого термопластика должна совпадать с природой второго термопластика, но иметь разную прочность плавления.

При эффективном исполнении первый термопластик хотя бы с одним слоем термопластика в составе с химическим вспучивающим веществом при рабочей температуре должен иметь прочность расплава выше, чем прочность расплава второго термопластика, присутствующего в наружном слое при рабочей температуре. Данное исполнение особенно рекомендуется при импрегнации одного или более волокнистых слоев второго термопластика с целью производства армированного волокном наружного слоя вто- 3 031976 рого термопластика, что является частью процесса и будет рассмотрено ниже. Прочность расплава термопластика с низким показателем может быть отрегулирована, например, путем добавления необходимого количества сочетаемого термопластика, обладающего высокой прочностью расплава, в первый термопластик, путем внедрения наночастиц и других улучшающих прочность расплава веществ и т.д.

Такие добавки, как нуклеирующие агенты и пластификаторы, могут также присутствовать в слое первого термопластика. Является более предпочтительным отсутствие пластификаторов в первом термопластике, так как это повлияет на механические свойства.

Прочность расплава или сила натяжения обычно тестируются путем опускания нити расплавленного полимера, сформированной в капиллярную головку, через два встречно вращающихся колесика. Нить растягивается с определенной скоростью или замедлением, пока не разорвется. Через датчик нагрузки на одном из вращающихся колесиков записывается показатель силы. Данный тест позволяет сравнить относительную прочность плавления разных полимеров.

Стекловолокна являются рекомендованным материалом для армирования. Другие неорганические волокна, такие как металлические волокна, углеродные волокна и различные органические волокна (арамидное волокно, полимерное волокно), нановолокна вышеуказанных типов и органические волокна могут быть применены тем же способом, при условии их способности переносить температуру, которой они будут подвергаться во время применения метода согласно настоящему изобретению. Волокна могут быть использованы в форме матов, волокон, рубленых волокон и так далее. Также могут быть использованы направленные волокна, а особенно сонаправленные волокна, в которых направление волокна адаптировалось под его применение. Высокопрочные удлиненные стальные нити могут присутствовать в фиброармированных верхних слоях. Еще одним предпочтительным исполнением для первичной конструкции являются маты из органического волокна и термопластичного волокна, например маты, изготовленные из стекло- и полипропиленового волокна.

Химическое вспучивающее вещество является составом, который при распаде образует низкомолекулярные газы (азот, углекислый газ, монооксид, оксид углерода, кислород, аммиак и т.д.). Примерами химического вспучивающего вещества являются азобисизобутиронитрил, диазоаминобензол, мононатриумцитрат, оксибис (р-бензолсульфонил) гидразид, азо-, гидразин и другие химические вспучивающие вещества, в основе которых лежит азот. Азобикарбонамид является наиболее показательным примером из этой категории. Другие примеры включают изоцит для РА и бикарбонат натрия.

Слой первого термопластика в составе с химическим вспучивающим веществом может легко быть изготовлен, например экструзией или изготовлением пленки листа или пласта. Рекомендуется, чтобы экструдированная пленка первого термопластика также содержала химическое вспучивающее вещество.

Первичная конструкция собирается с учетом того, чтобы хотя бы один слой первого термопластика с распадающимся химическим вспучивающим веществом был расположен между двумя фиброармированными наружными слоями. Самая простая сборка конструкции осуществляется при наличии трех слоев. Однако, могут быть и 5-, и 7-слойные и т.д. конструкции. Если слоев больше, чем один в первом термопластике, содержащем химическое вспучивающее вещество, то следующий фиброармирующий слой, импрегнированный в термопластик (первый, второй или другой), имеющий фиброармированный слой в виде тонкой металлической пленки или высокопрочных и удлиненных стальных нитей, армирует волокно, которое может быть импрегнировано, размещено между слоями первого термопластика с содержанием химического вспучивающего вещества.

Наружный слой включает волокнистый слой, импрегнированный в термопластик. Первоначальный состав наружного слоя может также включать волокнистый слой между пленкой термопластика. Во время процесса изобретения волокнистый слой пропитывается термопластиком.

На этапе а) предпочтительно получение первичной конструкции путем соединения листов хотя бы одного слоя первого термопластика, включающего в себя химическое вспучивающее вещество. Одна сторона - это слой или слои с армированным волокном, такие как волокнистые маты, и второй термопластик, например в форме порошка или волокон. Другая сторона - фиброармированный наружный слой, который может отличаться или иметь схожую структуру. Соединение происходит на этапе b) при термической обработке при временном интервале, достаточном для плавления и импрегнации второго термопластика в слой, содержащий армированные волокна. Волокнистый слой также может содержать комбинацию волокон, включающих термопластичные волокна второго термопластика. При нагревании до точки плавления или интервала плавления термопластические волокна расплавляются и образуют матрицу (второй термопластик) армированного волокном слоя. То же самое применяется в случаях, когда второй термопластик присутствует в качестве зернистого материала, например порошка в волокнистом слое.

В другом исполнении на этапе а) первичная конструкция образуется при соединении листов, например пакета листов, содержащих хотя бы один слой первого термопластика с химическим вспучивающим веществом. Одна сторона - фиброармированный слой и слой второго термопластика, а другая сторона - это наружный слой разного вида или схожей структуры, например фиброармированный слой и последующий слой второго термопластика. Соединение происходит на этапе b) при термической обработке в интервале времени, достаточном для получения фиброармированного слоя, пропитанного вторым термопластиком. При эффективном исполнении первичная конструкция является таким соединени- 4 031976 ем, при котором между хотя бы одним слоем первого термопластика, содержащего химическое вспучивающее вещество, и фиброармированным слоем находится другой слой второго термопластика. Предпочтительное исполнение заключается в импрегнации, декомпозиции, промежуточном охлаждении, вспенивании, окончательном охлаждении. Перечисленные действия могут быть выполнены в одной и той же последовательности.

Исполнение на этапе а) заключается в получении первичной конструкции путем соединения хотя бы одного слоя первого термопластика (имеющего первую прочность плавления и содержащего химическое вспучивающее вещество) и слоя второго термопластика с обеих сторон, обладающего второй прочностью плавления, которая ниже, чем первая прочность плавления, с фиброармированным слоем и последующим слоем второго термопластика со второй прочностью плавления. Соединение происходит при термической обработке на этапе b) при временном интервале, достаточном для импрегнации волокнистых слоев во второй термопластик, имеющий вторую прочность плавления.

В вышеописанном исполнении обработка на этапе b) для распада химического вспучивающего вещества увеличена во времени в целях одновременной импрегнации волокнистых слоев с расплавленным вторым термопластиком.

Предполагается, что один или два слоя второго термопластика могли бы быть уже использованы в фиброармированном слое и частично импрегнированы, формируя промежуточную сборку, которая используется в первичной конструкции.

При таком исполнении импрегнация путем плавления второго термопластика, последующая декомпозиция химически вспучивающего вещества, промежуточное охлаждение и вспенивание первого термопластика, сопровождающееся окончательным охлаждением, выполняются как набор этапов с одними и теми же непрерывными действиями и желательно с использованием того же пресс-устройства.

При эффективном исполнении на этапе d) вспенивания в соответствии с настоящим изобретением при достижении равномерной температуры увеличение объема происходит нелинейно и определяется термопластичным материалом, химическим вспучивающим веществом, его продуктами распада и желаемой толщиной вспененного центрального слоя в конечном продукте.

Исполнение этапов bl-е) проводится в том же прессе между бесконечными лентами, двигающимися вместе с улучшенной начальной конструкцией, промежуточной конструкцией и полученной сэндвичконструкцией. Во время работы полученная улучшенная конструкция проходит от начала пресса до выхода из него через, по крайней мере, зону нагрева (этап b)), зону охлаждения (этап с)), зону вспенивания (этап d)) и зону окончательного охлаждения (этап е)).

Для эффективного и продолжительного исполнения предложенного метода согласно настоящему изобретению на этапе а) начальная конструкция образуется в результате продолжающегося раскручивания хотя бы одного слоя первого термопластика, содержащего химическое вспучивающее вещество, желательно экструдированную пленку, как указано выше, и непрерывного раскручивания двух наружных слоев, после чего происходит их соединение в лист по крайней мере одного слоя первого термопластика, содержащего химическое вспучивающее вещество, и двух наружных слоев. В контексте настоящего описания лист означает часть материала, имеющего длину значительно больше, чем пластина, т.е. несколько десятков к сотням метров. Как опция отдельные слои могут быть предварительно нагреты. Это в особенности применимо при использовании относительно толстых наружных слоев.

Способ согласно настоящему изобретению также позволяет осуществлять порционное производство неровной трехмерной сэндвич-конструкции в одном прессе, используя начальную конструкцию, содержащую хотя бы один слой первого термопластика, имеющего в своем составе химическое вспучивающее вещество, расположенный между двумя фиброармированными наружными слоями второго термопластика. Используемый способ на этапах Ь)-е), предпочительно включающий этап одновременной пропитки волокнистого слоя второго термопластика на этапе b), как сказано выше, происходит в одном прессе, в котором пресс-устройства определяют полость для неровной трехмерной формы. Такие 3Dизделия могут иметь различные толщины в разных местах. Следующая составляющая изобретения касается устройства для непрерывного производства термопластичной сэндвич-конструкции, чья структура включает хотя бы один вспененный слой первого термопластика и два наружных слоя (в особенности для выполнения непрерывных действий способа согласно изобретению, как сказано выше).

Такое устройство включает первую непрерывную ленту и вторую непрерывную ленту, которые приводятся в действие приводом и которые адаптированы для усовершенствования под давлением термопластичной сэндвич-конструкции, промежуточной конструкции и/или первичной конструкции, расположенных между лентами. Ленты находятся друг от друга на первом заранее определенном расстоянии в зоне загрузки. Место загрузки имеет нагревательное устройство для нагревания первичной конструкции, а также охлаждающее устройство для охлаждения промежуточной конструкции, расположенное ниже нагревательного устройства. В переходной зоне расстояние между первой и второй бесконечными лентами увеличивается с первого ранее заданного расстояния на второе фиксированное расстояние, большее, чем первое заранее заданное расстояние. Как опция переходная зона с нагревательными и охлаждающими устройствами может быть предназначена для поддержания промежуточной конструкции при температуре вспенивания. В месте разгрузки первая и вторая ленты находятся на втором заданном рас- 5 031976 стоянии. Зона разгрузки включает охлаждающие устройства для охлаждения термопластичной сэндвичконструкции.

Изобретение изображено на приложенных чертежах.

Фиг. 1 - схема последовательности разных этапов для реализации способа согласно изобретению.

Фиг. 2 - первое исполнение термопластичной сэндвич-конструкции.

Фиг. 3 - другое исполнение термопластичной сэндвич-конструкции.

Фиг. 4 - первое исполнение первичной конструкции.

Фиг. 5 - второе исполнение первичной конструкции.

Фиг. 6 - третье исполнение первичной конструкции.

Фиг. 7 - четвертое исполнение первичной конструкции.

Фиг. 8 изображает устройства согласно изобретению.

Фиг. 9 изображает производство 3И-объекта, имеющего термопластичную сэндвич-конструкцию.

Фиг. 1 изображает общую схему процесса непрерывного изготовления термопластичной сэндвичконструкции согласно изобретению. На этапе а) предоставляются исходные материалы, которые могут быть произведены разным способом, как указано выше. Результатом этапа а) является подвижная первичная конструкция в ее самом простом исполнении, имеющая центральный слой первого термопластичного материала, в состав которого входит химическое вспучивающее вещество. Сверху и снизу центрального слоя первого термопластика, в состав которого входит химическое вспучивающее вещество, находится наружный слой, такой как фиброармированный слой (мат или волокно), импрегнированный вторым термопластичным материалом с матричной структурой. На этапе b) исходный материал подвергается термической обработке при температуре выше температуры распада химического вспучивающего вещества, в результате чего из продуктов распада выделяются газы в центральном слое первого термопластичного материала. Обычно при температуре примерно на 20-40°С выше температуры распада процесс распада завершается в течение от одной до нескольких десятков секунд, например 15 с. В целях предотвращения преждевременного вспучивания на этапе b) исходный материал подвергается давлению в прессе устройствами, размещенными на фиксированном первом расстоянии, для поддержания преимущественно постоянного объема (в основном высоты и толщины). Результатом этапа b) является подвижная промежуточная конструкция, которая в данном случае включает центральный слой, содержащий газы, выделившиеся при распаде химического вспучивающего вещества, и обе основные поверхности наружных слоев. Во время поддержания давления на этапе с) улучшенная промежуточная конструкция охлаждается до температуры выше температуры плавления или интервала плавления. Обычно это несколько градусов Цельсия - 1-15°С выше температуры плавления или верхний предел температуры плавления первого термопластика, установленной в зоне охлаждения ниже зоны нагрева. Если наружный слой(-и) включает(-ют) также и второй термопластик, такой второй термопластик может стать уже частично твердым, что положительно для внешнего вида слоя(-ев), включающего второй термопластик. Переходная зона с твердым термопластиком может также содержать область присутствия первого термопластика, соседствующего с наружными слоями второго термопластика. Это будет зависеть в том числе и от скорости охлаждения, охлаждающей производительности пресс-форм, толщины и природы наружных слоев. Желательно, чтобы данная зона была как можно меньшего размера. Результатом этапа с) является охлажденный промежуточный продукт. При достижении необходимой температуры начинается этап d) с помощью уменьшения контролируемого давления путем увеличения расстояния между прессустройствами на второе расстояние с учетом конечной массы сэндвич-продукта. В результате такого уменьшения давления высвобождаются газы от продуктов распада в расширенном центральном слое и формируются ячейки вспененного слоя первого термопластика. В зависимости от вида уменьшения давления, полученные ячейки пены приобретают удлиненную форму в направлении утолщения. Обратите внимание на фиг. 2 и 3. На этапе d) может быть произведено дополнительное нагревание, которое потребуется для поддержания температуры промежуточной конструкции, которая выше температуры плавления центрального слоя первого термопластика. Этап d) может быть выполнен в течение десятков секунд, например около 10-15 с, для образования толщины пены до 25 мм. При достижении заданной толщины сэндвич-конструкции расстояние между пресс-формами должно поддерживаться на установленном втором расстоянии, а полученная сэндвич-конструкция будет содержать вспененный центральный слой, соединенный с обеими основными поверхностями наружного слоя. На этапе е) полученная сэндвичконструкция охлаждается до температуры ниже температуры плавления или ее интервала первого термопластика, а в случае присутствия второго термопластика - обычно до температуры окружающего воздуха, пока объем сохраняется постоянным поддержанием пресс-форм на втором заданном расстоянии, что препятствует продолжению процесса вспенивания и сопровождает увеличение толщины в центральном вспененном слое. Получившийся продукт является конечной сэндвич-конструкцией, имеющей в своем составе вспененный центральный слой первого термопластика, расположенный между двумя наружными слоями, соединенными с центральным слоем. Такая сэндвич-конструкция может быть подвержена дальнейшей обработке, например нарезанию на листы стандартного размера, придание формы в 3И-объектах и так далее. Стоит отметить, что вышеописанный процесс может быть выполнен непрерыв- 6 031976 но путем получения улучшенной начальной конструкции в виде полосы на этапе а), которая пройдет этапы Ъ)-е) во время своего движения в подходящем ленточном прессе.

Фиг. 2 изображает первое трехслойное исполнение сэндвич-конструкции в поперечном разрезе согласно способу изобретения. Сэндвич-конструкция показана в своей целостности под цифрой 10 и включает центральный слой 12 вспененного первого термопластика, имеющего вытянутые ячейки 14 по направлению высоты h (толщина). Это означает, что основная ось ячеек 14 вытягивается по направлению высоты. Соответственно на обеих основных поверхностях 16 и 18 центральный слой 12 вспененного первого термопластика соединен с наружными слоями, в этом случае это внешние фиброармированные слои 20 и 22 второго термопластика соответственно. На чертеже армирование волокном указано пунктирной линией 24. Здесь должно быть понятно, что в многослойной сэндвич-конструкции, в которой слоев больше, чем 3, например 5 или 7 слоев, фиброармированные слои чередуются со вспененными слоями с учетом того, что самый последний слой с обеих основных сторон является слоем фиброармированным термопластика, например слои 20 и 22.

Части, схожие с фиг. 2, обозначаются теми же цифрами. В некоторых случаях для ясности цифры имеют дополнительный знак.

Фиг. 3 изображает 4-слойное исполнение сэндвич-конструкции 10 в поперечном разрезе согласно способу настоящего изобретения. В данном исполнении конструкция 10 включает центральный слой 30, армированный, например, тонкой металлической пленкой, такой как алюминий, пропитанным волокнистым слоем или параллельными стальными нитями или сетью, а также имеет вспененные слои 12а, 12Ъ первого термопластика, соединенного с верхней и нижней сторонами. Вспененные первые слои термопластика 12а, 12Ъ соединены с фиброармированными слоями 20 и 22 второго термопластика.

Фиг. 4 изображает первое исполнение первичной конструкции в поперечном разрезе, к которой может быть применен способ согласно настоящему изобретению. Первичная конструкция 40 содержит внешние фиброармированные слои 20 и 22 второго термопластика, предварительно пропитанного армированным волокном 24 как матрица, между которыми расположен слой 42 первого термопластика, содержащий химическое вспучивающее вещество. При использовании настоящего изобретения с получением первичной конструкции распад химического вспучивающего вещества, вспенивание первого термопластика в слое 42 после охлаждения промежуточной конструкции происходят в одном непрерывном процессе.

На фиг. 5 изображено второе исполнение первичной конструкции 40. В данном случае слой 42 первого термопластика с содержанием химического вспучивающего вещества располагается между двумя слоями 44 второго термопластика. Верхняя часть каждого слоя 44 имеет оголенное (неимпрегнированное) фиброармирование 24, например стекловолоконный мат, который, в свою очередь, закрывается следующим слоем 46 второго термопластика. При получении первичной конструкции настоящего изобретения пропитка фиброармирования 24 вторым термполастиком происходит из слоев 44 и 46 с распадом химического вспучивающего вещества с последующим вспениванием первого термопластика в слое 42 во время соединительного процесса. Перечисленные действия составляют один процесс и происходят в одном прессе.

Фиг. 6 изображает третье исполнение первичной конструкции 40. При этом исполнении слой 42 первого термопластика располагается между двумя фиброармированными слоями 24. В каждом фиброармированном слое 24 второй термопластик присутствует в виде порошка (как указано точками 50), который еще не сформировал матрицу. При применении к такой первичной конструкции согласно настоящему изобретению формирование матрицы при фиброармировании 24 во втором термопластике, т.е. формирование фиброзащитного наружного слоя второго термопластика, распад химического вспучивающего вещества, вспенивание первого термопластика до вспененного ядра и соединение составляют один процесс и происходят в одном прессе.

В другом исполнении точки 50 обозначают термопластичные волокна, например фиброармирование в целом, которое включает смешивание стекловолокон 24 и волокон 50 второго термопластика. При применении настоящего изобретения термопластичные волокна 50 плавятся и образуют матрицу второго термопластика с присутствием волокон 24. Таким образом, происходят процессы пропитки, образования матрицы, распада, охлаждения, вспенивания и соединения.

Фиг. 7 изображает исполнение, схожее с фиг. 4, в котором разные слои 42, 20 и 22 образуются на поверхности другу друга как наслоенные пластины. Этот чертеж также показывает, что разные слои непрерывно разматываются от спиралей 60. Необходимо постоянно помнить про большую длину (не бесконечную) термопластичной сэндвич-конструкции.

Фиг. 8 изображает базовую схему устройства 100 для непрерывного производства термопластичной сэндвич-конструкции согласно настоящему изобретению. Устройство 100 имеет корпус 102 с устройством подачи 104 термопластичной первичной конструкции 40 (в данном случае исполнение похоже на фиг. 4) и разгрузку 106 для выхода сэндвич-конструкции 10 (данный способ схож с фиг. 2). Внутри корпуса 100 от подачи 104 до выхода 106 расположены бесконечные ленты 108, например металлические листы, направляемые валами 110. Хотя бы один из валов приводится в движение приводом 112. Верхняя часть 113 ленты 108 образует прямую горизонтальную поверхность. Подобным образом устроена верх- 7 031976 няя бесконечная лента 114, направляемая валами 110, один из которых (или отдельный вал) хотя бы приводится в движение приводом 112. Верхняя лента находится на расстоянии от нижней бесконечной ленты 108. При одновременном движении верхняя часть 113 ленты 108 и нижняя часть 116 верхней ленты 114 образуют зазор, посредством которого первичная конструкция 40 двигается от начала 104 до конца 106. При этом первичная конструкция проходит обработку согласно настоящему изобретению. В качестве подходящего материала для лент можно использовать среди прочего металла фиброармированный тефлон и другие. Как показано, в загрузочной зоне 120 между направленными валами 110а и 110b верхняя часть 113 ленты 108 и нижняя часть 116 ленты 114 располагаются на фиксированном расстоянии d1, таким образом определяется установленный объем. В последующей переходной зоне 122 между валами 110b и 110с нижняя часть 116 ленты 114 направлена вперед, увеличивая расстояние между верхней частью 113 и нижней частью 116 до установленного второго расстояния d2. Для изгиба нижней части 116 ленты 114 можно использовать магниты, маленькие направляющие ролики, рессоры, имеющие заданную поверхность, по которой направляется лентовая часть, и ребра, направляющие профиль и рельсы. В зоне разгрузки 124 между валами 110с и 110d ленты 108 и 114 снова располагаются на втором ранее заданном расстоянии d2. Из зоны разгрузки 124 охлажденная термопластичная сэндвич-конструкция 10 выходит из корпуса 100 через выход 106. В зоне подачи 120 нагревательное устройство 130 осуществляет нагревание первичной конструкции 40 (зона нагревания). Предпочтительно, чтобы нагревание 130 подразумевало локальное нагревание нижней части 116 ленты 114 и верхней части 113 ленты 108. В нижней (охлаждающей) зоне все еще в зоне подачи 120 в верхней части валов 100b охлаждение подразумевает 132 охлаждение первой промежуточной конструкции. И снова охлаждающее устройство 132 имеет несколько частей 132a-d для охлаждения элементов ленты 113 и 116 соответственно. В переходной зоне 122 (зона вспенивания) нагревательные устройства 134 имеют части 134а и 134b, которые при необходимости могут поддерживать температуру выше температуры плавления первого термопластика во время вспенивания. При необходимости переходная зона может содержать охлаждающие устройства (отдельно не показаны) в целях контроля температуры в переходной зоне. В разгрузочной зоне 124 расположено одно или более охлаждающих устройств 136 для охлаждения конструкции до температуры ниже температуры плавления первого (второго при его присутствии) термопластика(-ов). Рекомендуется термоизолировать различные зоны друг от друга.

Фиг. 9 изображает производство неровного 3И-объекта, основанного на сэндвич-конструкции с использованием настоящего изобретения. Собранный продукт, как показано на фиг. 5, помещается в форму (150), части формы (150а, 150b) создают полость (152) для формы. Форма 150 оснащена нагревающими и охлаждающими устройствами, например сетью трубочек с протекающей в них горячей или холодной жидкостью, и располагается между прессующими пластинами 154а и 154b. После нагревания начальной конструкции и последующего охлаждения получается промежуточная конструкция, затем происходит вспенивание и последующее охлаждение, в результате образуется неровный 3И-объект, по форме совпадающий с полостью 152 на полученной сэндвич-конструкции.

Пример 1.

Первичная конструкция (5x6 см) получается в результате сложения двух экструдированных пленок (толщиной t=0,5 мм каждая) из смеси полипропилена с 4% массы азокарбондиамида в качестве химического вспучивающего вещества, расположенного между наружными слоями (t=0,5 мм) стеклоткани, пропитанной полипропиленом Tepex104-RG600(1) 45%, доступным от компании Bond laminates. Первичная конструкция располагается в алюминиевой пресс-форме. Полипропилен в экструдированных пленках, содержащих химическое вспучивающее вещество, является 50/50 % смесью Borealis® HC001A-B1 homopolypropylene powder (порошком РР-гомо) и пропиленом Daploy WB140NMS производства Borealis (последний имеет прочность плавления выше). Форма помещается между прессующим пластинами, имеющими температуру 215-220°С. Форма нагревается в течение 55 с, чтобы температура через первичную конструкцию достигла температуры около 215°С, т.е. выше температуры распада азокарбондиамида. Затем прессующие пластины охлаждаются до 175 °С в течение 60 с и находятся при этой температуре еще 60 с, тем самым охлаждая промежуточную конструкцию до ровной температуры около 175°С. Через 2 мин после начала этапа охлаждения пресс постепенно открывается на заранее установленное расстояние 6 мм за 25 с, во время которого происходит вспенивание. Затем прессующие пластины с алюминиевыми формами, содержащими вспененную сэндвич-конструкцию, охлаждаются до температуры окружающей среды. Полученная термопластичная конструкция, содержащая два фиброармированных наружных слоя из полипропилена с центральным вспененным ядром пропилена, с удлиненными вспененными ячейками, направленными в сторону утолщения, вынимается из формы.

Пример 2.

Первичная конструкция из двух экструдированных пленок (t пленки=0,5 мм) из полипропилена, содержащего 4% массы химического вспучивающего вещества, как в примере 1, но с одним слоем плетеной стеклоткани и волокон полипропилена (Twintex Glassgewebe 750, поверхностная масса 750г/м²), расположенным сверху и снизу, собирается и помещается в алюминиевую форму. Полипропилен из волокон пропилена имеет вязкость меньше, чем пропилен в экструдированных пленках. Форма помещается меж

- 8 031976 ду прессующими пластинами с температурой 215-220°С и нагревается за 150 с. Таким образом, температура первичной конструкции поднимается до 215°С и поддерживается при этой температуре, чтобы расплавленный пропилен рассеялся в стеклоткани. Происходят процессы охлаждения, вспенивания и последующие этапы охлаждения, как описано в примере 1, в результате чего образуется сэндвич-конструкция, содержащая армированные стеклотканью наружные слои из полипропилена, между которыми находится вспененный слой полипропилена.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ производства сэндвич-конструкции (10), которая имеет в составе хотя бы один вспененный слой (12, 12а, 12b) первого термопластика и два наружных армированных слоя (20, 22) второго термопластика, включающий следующие этапы:

a) получение первичной конструкции (40), содержащей хотя бы один слой (42) первого термопластика, который обладает температурой плавления или интервалом плавления, и два наружных армированных слоя (20, 22) второго термопластика, причем хотя бы один слой (42) первого термопластика содержит химическое вспучивающее вещество, которое имеет температуру разложения выше температуры плавления или интервала плавления первого термопластика;

b) контактное нагревание первичной конструкции (40) до температуры выше температуры распада химического вспучивающего вещества вплоть до фактического разложения химического вспучивающего вещества с получением промежуточной конструкции с присутствием в хотя бы одном слое (42) первого термопластика продуктов разложения химического вспучивающего вещества;

c) после разложения химического вспучивающего вещества охлаждают промежуточную конструкцию до температуры вспенивания, которая выше температуры плавления или интервала плавления первого термопластика, при этом этапы b) - контактное нагревание и с) - охлаждение проводят под давлением, пока первичная конструкция и промежуточная конструкция контактируют с пресс-формами, препятствуя вспениванию хотя бы одного слоя первого термопластика;

d) сразу после этапа с) при температуре выше температуры вспенивания, при которой вспенивается хотя бы один слой (42) термопластика, в состав которого входит разложившееся химическое вспучивающее вещество промежуточной конструкции, объем промежуточной конструкции подвергают увеличению до конечной массы путем увеличения расстояния между пресс-формами или снятия приложенного давления, затем оставляют постоянным, причем полученная в результате этого сэндвич-конструкция (10) содержит хотя бы один вспененный слой (12, 12а, 12b) первого термопластика и два фиброармированных наружных слоя (20, 22) второго термопластика;

e) охлаждение полученной сэндвич-конструкции (10) при постоянной конечной массе.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на этапе b) первичную конструкцию нагревают до температуры, которая на 25-35% выше температуры плавления или интервала плавления первого термопластика.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что на этапе b) первичную конструкцию нагревают до температуры в интервале 15-60°С выше температуры распада химического вспучивающего вещества.
4. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что на этапе d) температура вспенивания на 1-15°С выше температуры плавления или верхней границы интервала плавления первого термопластика.
5. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что хотя бы один слой (42) первого термопластика, содержащего химическое вспучивающее вещество, является экструдированной пленкой.
6. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что первый термопластик является кристаллизованным.
7. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что природа второго термопластика равна природе первого термопластика.
8. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что первый термопластик имеет прочность плавления выше, чем у второго термопластика.
9. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что на этапе а) промежуточная конструкция (40) получается путем соединения листа хотя бы одного слоя (42) первого термопластика, содержащего химическое вспучивающее вещество, и с одной его стороны должно быть хотя бы наличие одного слоя (44) с содержанием армированных волокон и второго термопластика, с другой его стороны наружный слой (20, 22), причем сборка происходит на этапе b) термической обработкой при достаточном времени для плавления и импрегнации второго термопластика в слой (44), содержащий армированные волокна.
10. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что на этапе а) первичная конструкция (40) получается путем сборки листа, содержащего хотя бы один слой (42) первого термопластика, в состав которого входит химическое вспучивающее вещество, с одной его стороны располагается фиброармированный слой (44) и слой (46) второго термопластика, а с другой его стороны располагается

- 9 031976 наружный слой (20, 22), причем сборка происходит на этапе b) термической обработкой при достаточном времени для плавления и импрегнации слоя (46) второго термопластика в слой (44) с содержанием армированных волокон.
11. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что на этапе d) увеличение объема во времени происходит нелинейно.
12. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что при создании 3П-объекта из сэндвич-конструкции способ осуществляют в прессе, в котором пресс-устройства определяют полость для неровной трехмерной формы.
13. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что этапы Щ-е) производят в одном прессе между движущимися бесконечными лентами, включащим первую бесконечную ленту (108) и вторую бесконечную ленту (114), которые приводятся в движение приводом и которые адаптированы для усовершенствования под давлением термопластической сэндвич-конструкции (10), промежуточной конструкции и/или первичной конструкции между лентами (108, 114), причем ленты (108, 114) друг от друга разведены на заранее установленное первое расстояние (d1) в зоне загрузки (120), зона загрузки (120) имеет нагревающие устройства (130) для нагревания первичной конструкции и охлаждающие устройства (132) для охлаждения промежуточной конструкции, расположенные ниже нагревающих устройств (130), в переходной зоне (122) расстояние между первой и второй бесконечными лентами (108, 114) увеличивается от заранее установленного первого расстояния (d1) на второе фиксированное расстояние (d2), которое больше, чем первое заранее заданное расстояние, при этом в качестве опции переходная зона содержит нагревающие устройства (134) и/или охлаждающие устройства для поддержания промежуточной конструкции при необходимой температуре вспенивания, в зоне разгрузки (124) первая и вторая бесконечные ленты (108, 114) поддерживаются на втором фиксированном расстоянии (d2), зона разгрузки (124) содержит охлаждающие устройства (136) для охлаждения термопластичной сэндвичконструкции.
14. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что на этапе а) получение первичной конструкции (40) происходит непрерывным раскручиванием хотя бы одного слоя (42) первого термопластика, содержащего химическое вспучивающее вещество, непрерывным раскручиванием двух наружных слоев (20, 22) и соединением хотя бы одного слоя (42) первого термопластика, содержащего химическое вспучивающее вещество, с двумя наружными слоями (20, 22).
15. Устройство (100) для непрерывного производства термопластичной сэндвич-конструкции (10) для осуществления способа по пп.1-14, содержащей хотя бы один вспененный слой (12, 12а, 12b) первого термопластика и два наружных слоя (20, 22), включающее первую бесконечную ленту (108) и вторую бесконечную ленту (114), которые приводятся в движение приводом и которые адаптированы для усовершенствования под давлением термопластичной сэндвич-конструкции (10), промежуточной конструкции и/или первичной конструкции, расположенных между лентами (108, 114), причем ленты (108, 114) находятся на предварительно заданном расстоянии друг от друга (d1) в зоне подачи (120), которая оснащена нагревающими устройствами (130) для нагревания первичной конструкции, а также охлаждающими устройствами (132) для охлаждения промежуточной конструкции, расположенной ниже нагревающих устройств (130), в переходной зоне (122) расстояние между первой и второй бесконечными лентами (108, 114) увеличивается от первого заранее заданного расстояния (d1) до второго фиксированного расстояния (d2), которое больше, чем первое заранее заданное расстояние, переходная зона имеет нагревающие устройства (134) и/или охлаждающие устройства для поддержания промежуточной конструкции на требуемой температуре вспенивания, в зоне разгрузки (124) первая и вторая ленты (108, 114) находятся на втором фиксированном расстоянии (d2), а зона разгрузки (124) имеет охлаждающие устройства (136) для охлаждения термопластичной сэндвичконструкции.