FI109923B - Suunnattu kuiturakenne ja menetelmä sen valmistamiseksi - Google Patents

Description

109923

SUUNNATTU KUITURAKENNE JA MENETELMÄ SEN VALMISTAMISEKSI

Keksinnön kohteena on vaatimuksen 9 johdannon mukainen suunnattu kuiturakenne ja vaatimuksen 1 johdannon mukainen menetelmä 5 sen valmistamiseksi. Laminaatilla tarkoitetaan tässä yleensä erilaisia kuitukomposiitteja. Keksintö on tarkoitettu käytettäväksi myös ballistisiin suojaustarkoituksiin ja viiltosuojauk-seen.

10 Tunnetun tekniikan mukaan lasikuitulaminaatti valmistetaan levittämällä muotin pintaan asetetun lasikuitumaton päälle hartsia. Lasikuidut voidaan sitoa katkottuina kuituina lasikui-tumattoon tai kudottuna loimirakenteeseen. Näillä on epäkohtana se, että laminaattiin pyrkii jäämään ilmakuplia. Ilmiö on eri-15 tyisen vaikea kulmakohdissa. Saksalaisesta hakemusjulkaisusta DE 3.304.345 on tunnettu eräs loimirakenne laminointia varten. US-julkaisussa 3.201.194 on esitetty pyöröneulekone, jolla neuloksen sisään saadaan sidottua putken vahvikkeeksi tarkoitettu metallilanka. Tässä neulos on kuitenkin varsin harvaa 20 verkkoa. Jos neulos vedetään kireälle, vahvikelanka tai lujite-kuitu ei pysy suorassa, jonka takia se ei sovellu esim. lasikuidulle, joka menettää lujuutensa taivutettaessa.

Patenttijulkaisu GB 1258238 esittää laminoitavaa loimirakennet-25 ta. Loimineuleet ja niiden valmistustavat poikkeavat huomatta-vasti tämän keksinnön mukaisesta kudeneuleista.

I I 1 • · » · .···. Patenttijulkaisu GB 2121837 esittää kaksipuoleista neulosta • · .·;·. vaatetusteollisuutta varten, jossa neuleessa on ns. in-lay- 30 lankoja koristeena.

• · * ;·, Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada uudenlainen, eri tyisesti laminoitava kuiturakenne, joka on helposti muotoilta-’··* vissa muotin pintaan ja jolla vältetään edellä mainitut la- * * 35 minaatin ilmakuplat. On edullista käyttää tässä yhteydessä myös *:· ns. prepreg- tai commingled- menetelmää, joissa sideaine sisäl- lytetään tukikuituun tai ajetaan sen viereen, jolloin neulosta 2 109923 lämmittämällä se kovettuu ohueksi kuorirakenteeksi. Eräänä sideaineena voidaan käyttää polyesterkuitua.

Koska tukikuidut ovat usein joustavaa materiaalia, neulos ve-5 täytyy kasaan, jolloin joustamattomat lujitekuidut työntyvät ulos neuloksesta. Tämä voidaan hallita vaatimuksen 8 mukaisella menetelmällä, jossa neulokseen jätetään säännöllisin välein aukkoja, joista lujitekuitu saadaan työntymään ulos.

10 Keksinnön pääasiallisimmat edut luetellaan seuraavasti: sopivalla tukikuitufilamenttien ja lujitekuitufila-menttien materiaalivalinnalla päästään hyvin alhaiseen ominaispainoon, sopivalla tukikuitufilamentin materiaalivalinnalla 15 (esim. polyester) saavutetaan erinomainen kosteuden- absorbointikyky, jolloin kuplien muodostuminen la-minaattiin on vähäinen, tekstiilituotteesta käy välittömästi ilmi suunnattujen kuitujen suunta, jolloin hyvät lujuusominaisuudet 20 omaavat suunnatut lasikuitufilamentit on helppo aset taa kantamaan pääosa laminaatin kestettäväksi tarkoitetusta kuormituksesta, • · - suunnattuja lujitekuituja sisältävä neuloselementti on *.· · joka suuntaan joustava tai taipuisa, jolloin sen la- :.V 25 minointi ja varsinkin asettaminen käyttökohteeseen j V muotoa vastaavasti on vaivatonta, - letkumainen neuloselementti voidaan helposti leikata i i · : : : sekä suunnattujen lujitekuitujen suhteen poikittaises sa suunnassa auki, että niiden suuntaisesti, jolloin 30 mahdollistuu neuloselementin käyttö halutun muotoisena ja/tai kokoisena lakanaelementtinä.

• »

Keksinnön avulla pyritään myös aikaansaamaan eri suojaustarkoi-. tuksiin soveltuva kuiturakenne. Lisäksi keksinnön tarkoituksena ..d 35 on aikaansaada kuiturakenteen valmistusmenetelmä, joka soveltuu mille tahansa suunnattavaksi tarkoitetulle kuidulle.

3 109923

Keksinnön mukaisen menetelmän pääasialliset tunnusmerkit selviävät oheisesta patenttivaatimuksesta 1. Keksinnön pääperiaatteena on sitoa lujitekuidut kaksipuoleiseen joustavaan neulok-5 seen poikittaissuunnassa silmukkavakojen suhteen. Lisäksi keksintö mahdollistaa ensinnäkin suuren tuotantotehon ja toisaalta vaatimuksen 10 mukaisen tuotteen valmistuksen. Tällainen putkimainen kuiturakenne on erityisen edullinen silloin, kun se laminoitaessa voidaan suoraan vetää putken, tapin tai vastaavan 10 päälle. Yleensä sekä tukikuitu että lujitekuitu ovat filament-tikuituja eli päättymättömiä kuituja.

Vaatimuksen 2 mukaisella menetelmällä saadaan lujitekuidut neulottua tiheään. Vaatimuksen 3 mukaisella sovellutusmuodolla 15 on erityisesti etuna se, että hartsin imeytyessä tehokkaasti neulokseen kuplien syntyminen on epätodennäköistä. Useimmat lujitekuidut eivät kestä lainkaan solmuja. Aramidikuiduilla lujuus sen sijaan säilyy vielä taitettunakin kohtuullisena, jolloin koko kuiturakenne voidaan neuloa tällä kuidulla. Keh-20 rättyä lasikuitua kokeillaan myös aramidin tapaan.

Yhden lujitekuidun sijasta voidaan käyttää luonnollisesti useampia lujitekuituja eli kuitukimppuja. Toisaalta taas jokai-V · sen silmukkarivin kohdalle ei tarvitse syöttää lujitekuituja.

*·/.· 25 Tässä yhteydessä mainitaan, että lujitekuituna voidaan ongel- | \· mitta käyttää mitä tahansa tunnettua kuitua, esimerkkeinä voi- :_· daan mainita mm. lasi-, hiili-, aramidi-, boori- ja keramiikka- i * · : : kuidut joko filamentteina tai filamenttinippuina. Lujitekuitui- na voidaan käyttää myös polyamideja ja niiden johdannaisia.

30

Seuraavassa keksintöä havainnollistetaan esimerkkien avulla viittaamalla oheisiin kuviin, jäissä

Kuva 1 esittää suurennettuna keksinnön mukaista neulosta . Kuva 2 esittää erästä toista neulosta suurennettuna .·'· 35 Kuva 3 esittää erästä kolmatta neulosta suurennettuna

Kuva 4 esittää putkimaista neulosta 4 109923

Kuvan 1 neulos aikaansaadaan ns. tuplapyöröneulekoneella, jossa on pystysuunnassa sylinterineulat ja vaakasuunnassa lautas-neulat. Yleisesti voidaan puhua ensimmäisestä neulastosta ja toisesta neulastosta, joista toinen neuloo oikeinpäin olevaa 5 neulosta ja toinen vastaavasti nurinpäin olevaa neulosta. Tuki-kuituna 7 eli silmukkafilamenttina käytetään polyesteriä tai muuta kuitua. Sylinteripuolen neulat on asetettu neulomaan joka syötössä eli systeemissä silmukoita 2. Lautaspuolen neulat on asetettu sitä vastoin ns. interlock-asetukseen, jolloin peräk-10 käisissä syötöissä neulonta tapahtuu vuorotahtiin. Lautasneulo-jen neulomia silmukoita on merkitty viitenumeroilla 3 ja 4. Lujitekuituja 1 syötetään joka toisella systeemillä ja ne jäävät erisuuntaisten silmukoiden 2,3,4 muodostamiin kanaviin. Lujitekuidut 1 jäävät neulokseen silmukkavakojen 10 suhteen 15 poikittain. Interlock-asetuksen ansiosta neulos pyrkii vetäytymään kasaan pituussuunnassa, jolloin lujitekuidut saadaan hyvin tiheään.

Lujitekuidun mahdollinen ulostyöntyminen saadaan hallittua 20 poistamalla lautasneulastosta neuloja määrävälein, jolloin lujitekuitu työntyy syntyvistä aukoista ulos. Tällaisella neuloksella saavutetaan laminoitaessa myös yllättäviä etuja. Ulos-V,: työntyvien kuitulenkkien ansiosta kuitujen suuntaus on kolmiak- *·/· : siaalinen, jolla estetään valmiin lujiterakenteen palstautumi- 25 nen eli eri kerrosten irtoaminen toisistaan.

: : Tukikuiturakenne voi luonnollisesti olla edellä kerrotusta monin tavoin poikkeava. Neuloksessa tulee kuitenkin olla kumpaakin suuntaan eli "oikein" että "nurinpäin" muodostettuja 30 silmukoita, joiden väliin lujitekuitu voidaan johtaa. Lujite-kuidut voidaan neuloa myös hyvin harvakseen sileään neulokseen .1. kiinni.

. Käytössä olevien pyöröneulekoneiden sylinterihalkaisijat vaih- 35 televat 5/8":sta 36": aan. Suurimmilla koneilla voidaan tehok- » · » ·,..· kaasti valmistaa leveätä kuitumattoa, sillä sukka voidaan lei- 5 109923 kata auki ja levittää matoksi. 36":n koneella aikaansaadaan esimerkiksi n. 2,8 m:n levyistä kuitukangasta. Laminoitaessa voidaan eri kerroksia asettaa ristiin, jolloin laminaatin lujuus on yhtä hyvä joka suuntaan. Toisaalta putkimaisten tuot-5 teiden laminointi on erityisen helppoa saatavalla letkumaisella kuiturakenteella. Spiraalimainen lujitekuidun suuntaus on juuri oikea esimerkiksi painekuormituksia ajatellen.

Keksinnön toisessa edullisessa toteutusmuodossa neuloselemen-10 tissä suunnatut lujitekuidut 1 kulkevat kuviossa 2 havainnollistetulla tavalla harvennetusti silmukoitten 13 ja 14 tukikui-tujen ylä- ja alapuolelta tukemina suorina ja toistensa suhteen samansuuntaisina joka kolmannessa silmukkarivien 11 ja 12 väliin rajautuvassa kanavassa, joka on kohtisuorassa silmuk-15 kaneuloksen silmukkavakojen 10 suhteen, siten että tukikuidut 2 sisältävässä silmukkarivissä 11,12 kukin oikeinneulottu ylempi silmukka 14 sulkee alleen aina yhden tukikuitufilamentin 1. Tämänkaltaisen tukikuitufilamenttijärjestyksen aikaansaamiseksi pyöröneulekoneessa käytetään systeemiluvun 1/4 vastaavaa määrää 20 tukikuitufilamentteja, jotka ohjataan neulastokehälle perifee-risesti tasavälein sijoitetuista syöttökohdista, ja 3/4 vastaavaa määrää silmukkakuitufilamentteja, jotka ohjataan neulasto- • i ί,ί,ί kehälle tasavälein sijoitetuista syöttökohdista. Kun systeemi- : luku on ennenmainittu 36, tukikuitufilamentteja on 9 ja silmuk- : : : 25 kakuitufilamentteja on 27. Tällöin tuotetussa neuloselementissä : ' siis osa ensimmäisistä ja toisista silmukkariveistä 11,12 neu- lotaan yhteen ilman tukikuidun 1 väliin laskemista. Silmukkava-; kojen 10 suunnassa kutakin tukikuitua 1 sisältävää silmukkari- viä 11,12 seuraa ainakin yksi tukikuitufilamentista vapaa sil-30 mukkarivi.

rt»

Kuviossa 3 on vielä havainnollistettu keksinnön kolmannen edul- • » lisen ja jo edellä osin sivutun toteutusmuodon mukainen neu-. loselementti, joka on muodostettu keksinnön toisen toteutusmuo- 35 don mukaisesti sillä erotuksella, että yhden tukikuidun 1 si- * » · jasta lautasneuloilla neulotun ensimmäisen silmukkarivin 11 6 109923 päälle on laskettu yhdestä syöttöpaikasta kerrallaan useita, so 3, rinnakkaista tukikuitufilamenttia. Tällöin siis kutakin useita rinnakkaisia tukikuituja 1 sisältävää silmukkariviä 11,12 seuraa silmukkavakojen 10 suunnassa kaksi tukikuitufila-5 menteista vapaata silmukkariviä. Vastaavalla tavalla lujite-kuidun kanssa voidaan laskea sideainekuituja.

Kuvassa 4 on esitetty putkimainen neulos 5, josta aikaansaadaan nauhamaista kuiturakennetta. Putkimaiseen neulokseen 5 jätetään 10 kapeita kaistaleita 6, joihin ei syötetä lujitekuitua lainkaan. Tämän kaistaleen 6 kohdalta neulos voidaan helposti leikata auki ja saada mainittu nauhamainen tuote. Kuvassa 4 näkyy selvästi, että silmukkavaot 10 kulkevat putkimaisen neuloksen pituussuunnassa kun taas lujitekuidut 1 kulkevat spiraalimai-15 sesti neuloksen ympäri.

Eräässä koeneuleessa lasikuitu- ja polyesterifilamentin suhde oli n. 50/50. Näin päästiin alhaiseen laminaatin ominaispainoon, vain 1,3 g/cm3. 100 mm:a halkaisi jäisen, 2,5 mm:a 20 seinämäpaksuisen onton pallon laskennalliseksi tiheydeksi tällä laminaatilla tulee n. 0,2 g/cm3.

• * ·,·.· Erityisesti aramidikuiduille voidaan soveltaa menetelmää, jossa v · tämä kuitu ensin käsitellään siten, että se saa lepotilassa V,: 25 kierteisen tai mutkallisen muodon, jolloin valmiissa tuotteessa : se pyrkii vetämään sitä kasaan. Tällä tavoin saadaan neulos • · * :>i§: joustamaan myös lujitekuitujen suunnassa.

> i · 1 » · » » * » · • » • » · t

Claims (13)

1. 7 109923
2. 1. Menetelmä laminoitavan, suunnatun kuiturakenteen valmistamiseksi, jossa lujitekuituja (1) sidotaan suunnatuksi kuitumatok- 5 si tai vastaavaksi neuloselementiksi, jonka avulla kuidut (1) laminoidaan hartsin tai muun sideaineen sisään ja muodostetaan näin luja kuorirakenne, tunnettu siitä, että neulonta suoritetaan ns. tuplapyöröneulekoneella siten, että neulontaan kuuluu seuraavat peräkkäiset ja jatkuvasti toistuvat vaiheet: 10 a) ensimmäisellä neulastolla muodostetaan ensimmäinen silmukka (2), b) mainitun ensimmäisen silmukan päälle lasketaan suunna- tusti ainakin yksi neulokseen sisällytettävä lujite-kuitu (1) , 15 c) suunnatun lujitekuidun päälle ja kiinni mainittuun ensimmäiseen silmukkaan (2) neulotaan toisella neulastolla toinen silmukka (3,4); jolloin suunnattu lujitekuitu (1) kulkee sanottujen silmukoitten (2,3,4) tukemana ja suorana näin muodostuvien silmukkarivi-20 en (11, 12) väliin rajautuvassa kanavassa.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen valmistusmenetelmä, tunnettu ‘ siitä, että sylinteripuolen neulat on järjestetty neulomaan * · ·..· oleellisesti joka syötössä ja lautas- tai vastaaville neuloille : 25 on järjestetty ohituksia vuorotahtiin eli ne on asetettu ns. interlock-asemaan, jotta neulos saadaan vetäytymään kasaan ·.'· ·' pituussuunnassa.
4. 3. Jonkin patenttivaatimuksen 1-2 mukainen valmistusmenetel- "ti>: 30 mä, tunnettu siitä, että tukikuituna (7) käytetään polyesteriä tai muuta hartsia hyvin imevää kuitua. * » * * * ·
5. 4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnet- ♦ » · ·' ·’ siitä, että ensimmäisen silmukkarivin (11) päälle lasketaan ’· " 35 rinnakkain useampia kuin yksi kuitu (1). 8 109923
6. 5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että osa silmukkariveistä (11, 12) neulotaan yhteen ilman mainitun tukikuitufilamentin väliinlaskemista.
7. 56. Jonkin patenttivaatimuksen 1-2 mukainen valmistusmenetelmä, ! tunnettu siitä, että tukikuituna (7) käytetään aramidia tai kehrättyä lasikuitua.
8. 7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen valmistusmenetelmä, 10 tunnettu siitä, että tukikuitu sisältää sideainetta laminointia varten, joka saadaan reagoimaan lämmön vaikutuksesta tai muulla tavoin ja tällöin luja kuorirakenne voidaan valmistaa ns. prepreg-menetelmällä.
9. 8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen valmistusmenetelmä, tunnettu siitä, että toiselta puolelta, edullisimmin lautas-neulojen puolelta on säännöllisin välein poistettu yksi neula, jolloin lujitekuitu saadaan työntymään neulokseen syntyvästä aukosta ulos. 20
10. 9. Laminoitava suunnattu kuiturakenne, jossa lujitekuituja (1) ·,·.* on sidottu suunnatuksi kuitumatoksi tai vastaavaksi neulosele- • · * · mentiksi, jonka avulla kuidut (1) laminoidaan hartsin tai muun V.· sideaineen sisään ja muodostetaan näin luja kuorirakenne, tun- • 25 nettu siitä, että lujitekuidut (1) on sidottu poikittaissuun- ·_! nassa pääsuuntaisten silmukoiden (2) muodostamaan sileään neu- : : : lokseen nurinpäin olevilla silmukoilla (3, 4). ·:··· 10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen neulottu kuiturakenne, tun- 30 nettu siitä, että neulos (5) on putkimainen, jossa lujitekuidut (1) kiertävät jatkuvana spiraalina neuloksen (5) ympäri.
11. 11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen neulottu putkimainen kuitu-rakenne, tunnettu siitä, että spiraalimaisesti kiertävien luji-" 35 tekuitujen (1) välissä on kapea spiraalikaistale (6) ilman 9 109923 lujitekuituja (1), josta putkimainen neulos (5) voidaan leikata auki nauhaksi.
12. 12. Jonkin patenttivaatimuksen 1-11 mukainen kuiturakenne, 5 tunnettu siitä, että lujitekuidut, esimerkiksi aramidikuidut on käherretty, jolloin kuiturakenne on joustava myös kuitujen suunnassa.
13. 10 Patentkrav