FI83743B

FI83743B - Foerfarande foer framstaellning av en fiberarmerad plastrukturkomposit.

Info

Publication number: FI83743B
Application number: FI850046A
Authority: FI
Inventors: Bronislaw Radvan; Andrew Till
Original assignee: Wiggins Teape Group Ltd
Priority date: 1984-01-06
Filing date: 1985-01-04
Publication date: 1991-05-15
Also published as: GR850027B; DE3586913D1; EP0152994B1; FI83743C; PT79805B; GB8400294D0; EP0152994A2; KR920002332B1; JPH0250131B2; PT79805A; DK172473B1; CA1238166A; NO169177C; BR8500039A; FI850046L; NO850044L; DK7185D0; ZA8573B; US4690860A; DK7185A

Description

! 83743

Menetelmä kultulujlttelsen muovlrakennekomposlltln valmistamiseksi Tämä keksintö koskee menetelmää kuitulujitteisen muovi-rakennekomposiitin valmistamiseksi, jossa muodostetaan vaahdotettu vesipitoinen dispersio 20-60 paino-%:sta yksittäisiä lujittavia kuituja, joiden kimmomoduuli on suurempi kuin noin 10 000 MPa ja joiden pituus on välillä noin 7-50 mm ja 40-80 paino-%:sta tiivistämätöntä hiukkasmaista kestomuovimateriaalia, valutetaan dispersio revitetyllä alustalla oleellisesti homogeenisen levyn muodostamiseksi, jossa on satunnaisesti jakautuneita lujitekuituja ja niiden välissä olevia kestomuovihiuk-kasia ja saatetaan levy alttiiksi lämmölle ja paineelle sellaisen sulassa tilassa olevan kestomuovimatriisin muodostamiseksi, johon on dispergoituneena jännityksen alaiset lujitekuidut.

Kertamuovisia materiaaleja on tavallisesti muovaajan saatavissa nesteiden tai pulvereiden muodossa, jotka pehmenevät kuumennettaessa. Niitä voidaan käyttää lujittavan kankaan kyllästämiseen tai niihin voidaan sekoittaa lyhyitä lujittavia kuituja tai täyteaineita. Kun kertamuovimateri-aaleja muotoillaan haluttuun muotoon ja kuumennetaan määrättyyn lämpötilaan, niille tapahtuu irreversiibeli kemiallinen muutos ja ne jähmettyvät muodostettuun muotoon. Saadulla tuotteella on yleensä hyvä jäykkyys ja lujuus ja erityisen hyvä lämmönkesto ja pitkäaikaisen mekaanisen rasituksen kesto.

Kuitenkin koska lämpökovetusprosessi on irreversiibeli, hylättyjä tuotteita ei voida romuttaa ja materiaalia käyttää uudelleen. Ne pyrkivät myös olemaan suhteellisen hauraita.

2 83743

Mikä tärkeämpää, muodostusprosessi on hidas ollen useiden minuuttien luokkaa, koska muottia on pidettävä suljettuna, kunnes kovetusprosessi on saatu päätökseen. Tästä syystä erityisesti kertamuovimateriaalit eivät sovellu nykyaikaiseen suurinopeuksiseen tuotantotekniikkaan. Tämän seurauksena ja huolimatta eduista, joita kertamuovimatermaaleista valetut tuotteet tarjoavat, niitä korvataan kesto-muovimateriaaleilla .

Esimerkkejä kertamuovimateriaaleista ovat fenoli-formaldehydihartsi, urea- ja melamiini-formaldehydihartsit, epoksihartsit, tyydyttämättömät polyesterit ja polyuretaanit.

Kestomuovit ovat yleensä valmistajan saatavilla rae-maisessa tai hiukkasmaisessa muodossa tai levynä. Ne pehmenevät kuumennettaessa ja niitä voidaan puristaa, muovata, suulakepuristaa tai valaa haluttuun muotoon, johon ne jähmettyvät jäähdytettäessä. Pehmenemis- ja kovettumisprosessit ovat suhteellisen nopeita niin, että tuote voidaan muovata, kovettaa jäähdyttämällä ja heittää ulos muotista muutamassa sekunnissa pikemmin kuin minuutissa. Täyteaineita ja lujittavia materiaaleja voidaan sisällyttää niihin. Kun kestomuovimateri-aali on levyn muodossa, lujite on kankaiden tai kuitu-mattojen muodossa ja raemaisten tai hiukkasmaisten materiaalien kyseessä ollen lyhyiden kuitujen muodossa. Kes-tomuovimateriaaleista valetut tuotteet pyrkivät olemaan kevyempiä ja usein sitkeämpiä kuin kertamuovimateriaalit. Toisaalta niillä on pienempi jäykkyys, erityisesti pitkäaikaisen rasituksen olosuhteissa. Niiden lämmönkestoisuus on luonnollisesti huono.

Esimerkkejä kestomuoveista ovat polyolefiinit, polystyree-nit, polyamidit, polyvinyylikloridi ja tyydytetyt polyesterit sekä näiden materiaalien seokset.

3 83743

On tehty yrityksiä yhdistää kestomuovi- ja kertamuo-vimateriaaleja yhteen ja samaan tuotteeseen kummankin ainakin joidenkin teknisten etujen saavuttamiseksi. Niinpä esim. sellaisen tuotteen kuin kylpyammeen valmistuksessa ensimmäinen muovauskappale tuotetaan nopeasti kestomuovilevystä kuumentamalla ja tyhjömuovaa-malla. Muotissa jäähdytyksen ja muotista poiston jälkeen jäähdytetyn muovauskappaleen ulkopuoli päällystetään sitten nestemäisellä kertamuovisella polyesteri-hartsilla, joka on lujitettu lyhyillä lasikuiduilla ja jonka annetaan sitten kovettua hitaasti samalla, kun se säilyttää muotonsa. Tällä on se etu, että vältetään pitkät viipymisajat muotissa, mutta lopputuotteessa tulee esiin vikoja sen käytössä johtuen riittämättömästä tartunnasta näiden kahden materiaalin välillä. Tämä on seurausta erilaisesta lämpölaajenemisesta, joka aiheuttaa vääntymistä ja laminaatin irtoamista.

US-patenttijulkaisu 3 865 661 esittää menetelmää eri-tyyppisten lasikuitumattojen käyttämiseksi sandwich-rakenteissa yhdessä kestomuovin kanssa, kuten on kuvattu sarakkeen 5 riveillä 10-15. Viitejulkaisun mukaisen maton rakenteeseen syntyy selvästi eri kerroksia, jolloin vaarana on, että kerrokset irtoavat toisistaan ja/tai syntyy huono ja epätasainen pinta.

Tämän keksinnön eräänä tarkoituksena on saada aikaan menetelmä kestomuovi- ja kertamuovimateriaalien yhdistämiseksi sillä tavoin, että tuloksena olevasta yhdistelmästä muodostetuilla tuotteilla vältetään ainakin joitakin tunnettujen tekniikoiden haittoja.

Keksinnölle on tunnusomaista, että joko poistetaan kuumaan matriisiin kohdistettu paine tai tiivistetään matriisi levyksi jäähdyttämällä ja kuumennetaan sitten 4 83743 levy uudelleen sulaan tilaan, jolloin molemmissa tapauksissa kuitujen jännitysten laukeaminen paisuttaa matriisia tai levyä ja tekee sen huokoiseksi, verhotaan ainakin levyn pinta kertamuovihartsilla ja kovetetaan kertamuovi-hartsi.

Huokoinen matriisi voidaan muodostaa eri tavoin. Niinpä voidaan esim. muodostaa avoin kuiturakenne, joka sisältää 20-60 paino-% lujittavia kuituja, joiden kimmomoduli on suurempi kuin 10 000 MPa ja jotka ovat n. 7-50 mm pitkiä, ja 40-60 paino-% kokonaan tai oleellisesti tiivistä-mätöntä erityistä muovimateriaalia, ja jossa kuitu- ja muovikomponentit on sidottu ilmaa läpäiseväksi rakenteeksi tavalla, jota on kuvattu FI-patenttihakemuksessa 850042. Vaihtoehtoisesti vaahdotusaineita voidaan lisätä kesto-muovimateriaalin ja lujittavien kuitujen rakenteeseen sen saamiseksi paisumaan ja tulemaan huokoiseksi, kun lämpötilaa ja painetta käytetään peräkkäin ja sitten poistetaan.

Huokoinen matriisi voidaan muodostaa käyttäen kuitulu-jitteista kestomuovimateriaalia, jota on tiivistetty kuumentamalla ja jäähdyttämällä paineen alaisena ja kuumennettu sitten uudelleen kuitujen joustavuuden saamiseksi paisuttamaan se uudelleen ja tekemään levy huokoiseksi, kuten on kuvattu FI-patenttihakemuksessa 850045.

Tämän keksinnön kuitulujitteinen muovirakenne saa aikaan kestomuovimateriaalin nopean muodostuskyvyn yhdessä kertamuovimateriaalin erinomaisten mekaanisten ja lämmönkesto-ominaisuuksien kanssa. Koska nämä kaksi materiaalia yhdistetään perusteellisella tavalla, niiden erottaminen on olennaisesti mahdotonta. Lisäksi on vain 5 83743 vähän vaaraa vääntymisestä ja erottumisesta, joka johtuu erilaisesta lämpölaajenemisesta.

Matriisi voidaan täysin kyllästää tai ympäröidä kertamuovinesteel-lä, jossa tapauksessa matriisista muodostetut tuotteet ovat suhteellisen raskaita. Vaihtoehtoisesti vain matriisin pintakerrokset voidaan kyllästää esimerkiksi päällystämällä. Tämä johtaa kevyempään tuotteeseen, mutta saattaa saada aikaan riittävän jäykkyyden kasvun verrattuna kyllästämättömään matriisiin yhdessä suljetun oinnan kanssa, joka estää muiden nesteiden, kuten veden tai öljyn tunkeutumisen paisutettuun keskivyöhykkeeseen.

Ylimäärin nestemäisiä kertamuovimateriaaleja voidaan myös levittää pinnalle, kun muodostettavalla tuotteella vaaditaan olevan erittäin sileä, kiiltävä ulkonäkö. Tämä on erityisen toivottavaa, kun muovattua tuotetta on määrä käyttää elementtien korvikkeena, jotka aikaisemmin muodostettiin levymateriaalista. Tällaisia pintoja on vaikea saavuttaa tavanomaisilla kuitulujitteisilla materiaaleilla .

Matalassa lämpötilassa kovettuvaa nestemäistä hartsia voidaan käyttää matriisin kyllästämiseen, jota säilytetään sitten huoneen lämpötilassa, jotta hartsin kovettumisen olisi mahdollista edistyä hitaasti, tai ainakin lämpötilassa, joka on huomattavasti kesto-muovimateriaalin Dehmenemispisteen alapuolella. Vaihtoehtoisesti huokoinen matriisi kyllästetään aluksi suhteellisen hitaasti kovettuvalla kertamuovihartsilla. Se kuumennetaan sitten nopeasti kestomuovikomponentin muovauslämpötilaan, siirretään nopeasti muo-vauspuristimeen ja puristetaan haluttuun muotoon, ennen kuin kertamuovikomponentin kovettuminen on mennyt loppuun.

Lisämuunnelmissa ohut huokoinen, kuitulujitteinen kestomuovimatrii-si kyllästetään täysin kertamuovihartsilla, kuumennetaan kestomuo-vimateriaalin muovauslämpötilaan ja laminoidaan yhden tai useamman kuuman, kyllästämättömän levyn kanssa ja muovataan sitten kuuma-puristimessa. Viimeksimainitun menettelyn muunnoksessa vielä yksi kyllästetty levy lisätään kyllästämättömien levyjen toiselle t puolelle, jotka tällöin muodostavat kyllästämättömän sydämen tuot teeseen sitä muovattaessa.

6 83743

Keksintöä kuvataan nyt tarkemmin viitaten liitteenä oleviin piirroksiin, joissa:

Kuva la on poikkileikkaus keksinnön mukaisen kuitulujitteisen muovirakenteen ensimmäisestä muodosta; kuva Ib on poikkileikkaus muovimuovauskappaleesta, joka on muodostettu kuvan la rakenteesta; kuva 2a on poikkileikkaus tiivistetystä kuitulujitteisesta kesto-muovilevystä , kuva 2b on poikkileikkaus välituoterakenteesta, joka on muodostettu kuvan 2a levystä; kuva 2c on keksinnön mukainen kuitulujitteinen muovirakenne, joka on muodostettu kuvan 2b rakenteesta, ja kuva 2d on muovimuovauskappale, joka on muodostettu kuvan 2c rakenteesta.

Viitaten ensin kuvaan la se esittää huokoista, levymäistä rakennetta 1, joka koostuu lujittavien lasikuitujen 2 ja hiukkasmaisen kes-tomuovimateriaalin 3 huokoisesta matriisista, joka on kyllästetty kauttaaltaan kertamuovihartsilla 4. Valinnaisesti kertamuovi-hartsi 4 voi olla levitetty vain matriisin pinnoille niin, että sydänosat säilyvät vapaina kertamuovimateriaalista, kun se kovetetaan .

Kuiduista 2 ja hiukkasmaisesta kestomuovimateriaalista 3 koostuva matriisi voidaan valmistaa esimerkiksi menetelmän mukaisesti, joka on esitetty FI-patenttihakemuksessa 850042. Vaihtoehtoisesti se voidaan muodostaa lisäämällä vaahdotusainetta, kuumentamalla ja puristamalla matriisia kokoon ja sen jälkeen keventämällä sekä lämpöä että painetta niin, että paisumisen on mahdollista tapahtua ja tuottaa huokoinen materiaali.

Kuva Ib esittää muovauskappaletta 5, joka on muodostettu kuvan la kyllästetystä levymateriaalista. Muovauskappaleen muodostamiseksi 7 83743 levyä 1 kuumennetaan aluksi, kunnes kestomuovisisältö 3 on muuttunut muovattavaksi. Levy siirretään sitten nopeasti muottiin ja muovaus suoritetaan, ennen kuin kertamuovihartsi kovettuu. Sen jälkeen kun muotin lämpötilaa on laskettu riittävästi kesto-muovikomponentin jähmettämiseksi, muovauskappale voidaan poistaa muotista niin, että kertamuovimateriaali voi kovettua hitaasti hallitussa lämpötilassa.

Siirtyen nyt kuvaan 2, kuva 2a esittää tiivistettyä levyä 10, joka sisältää lujittavia kuituja 11 dispergoituna koko kiinteään kestomuovimatriisiin 12. Koska levy 10 on muodostettu käyttämällä lämpöä ja painetta ja jäähdytetty sitten sen ollessa paineen alaisena, kuitulujite jää vangituksi jännittyneeseen tilaan kiinteään kestomuovimatriisiin.

Siirtyen nyt kuvaan 2b se esittää levyä 10 kuumennuksen jälkeen. Kun kestomuovisisältö 12 muuttuu muovailtavaksi, se tarttuu kuituihin 11, jotka vapautuen vangitusta tilastaan saavat koko rakenteen paisumaan ja muodostamaan avoimen huokoisen matriisin 13.

Kuva 2c esittää kuvan 2b matriisia 13 kyllästyksen tai pinnan päällystyksen jälkeen kertamuovihartsilla 14, kuten kuvattiin ku-vaan 1 viitaten. Kyllästetty tai päällystetty matriisi 13 kuu-mennetaan ja muovataan sitten muovauskappaleeksi 15, kuten kuva 2d esittää, tavalla jota kuvattiin viitaten kuviin la ja Ib.

Levyn kuitusisällön pituus on edullisesti välillä n. 7-50 mm, sillä tämä sallii yhdistelmälevyn muodostavien materiaalien vapaan valumisen muovausprosessin aikana.

Esimerkki 1 . Jauhetun, jälkeenpäin muodostettavan kertamuovihartsin käyttö

Valmistettiin lujitetun levymateriaalin näyte dispergoimalla seu-raavat aineosat vesipitoiseen vaahtoon, muodostamalla matto ja kuivaamalla 8 83743

Polypropeenipulveria (laatu GS 608 E), toimittaja ICI Ltd. 60 paino-osaa

Lasikuitua, pituus 12 mm. Halkaisija 11 mikronia (laatu R 18 D), toimittaja O.C.F. Ltd. 40 paino-osaa

Esikatalysoitua tyydyttämätöntä polyesteri-pulveria (Mark 3118) toimittaja Decostone B.V. 10 paino-osaa Näyte asetettiin hydraulisen puristimen muodostustyökaluun, jonka levyt oli kuumennettu 170°C:een ja joka suljettiin 48,2 baarin paineeseen kuumennusjakson lopussa, kun kuumennus kytkettiin pois, ja levyt jäähdytettiin kiertovedellä niiden ollessa täydessä paineessa. Avattaessa muotti saatiin hyvin muodostunut muotokappale, jolla oli kohtuullinen vetoaste.

Koe toistettiin tarkistusnäytteen valmistamiseksi jättäen pois polyesteri1isäaineen. Vastaavat kappaleet molemmista näytteistä testattiin seuraavin tuloksin:

Tarkistus Koe

Maksimi taivutusjännitys MPa 61 50

Taivutusmoduuli MPa 3700 3400 (ts. saatiin osittain kertamuovinen tuote kohtuullisen lujuuden menetyksen kustannuksella.)

Esimerkki 2

Kyllästys nestemäisillä kertamuovihartseilla (A ) Fysikaaliset ominaisuudet

Valmistettiin näytteet kestomuovisesta, lujitetusta levymateriaa-lista kuten esimerkissä 1 seuraavilla koostumuksilla:

Lujite: lasikuitu, pituus 12 mm, halkaisija 11 mikronia (kuten esimerkissä 1)

Matriisi: Näyte 1: polypropeenipulveri (laatu PXC 81604) toimittaja ICI Ltc.

- 52 paino-% Näyte 2: polyvinyylikloridipulveri (laatu Corvic S 57/116) toimittaja ICI Ltd.

- 70 paino-% Näyte 3: akryylihartsipulveri (laatu Diakon LG 156), toimitta ja ICI Ltd.

- 70 paino-% 9 83743 Nämä kolme näytettä tiivistettiin tasomaisiksi, tiiviiksi levyiksi hydraulisessa puristimessa, joka oli kuumennettu 190°C:een (polypropeeni) tai 2lO°C:een (polyvinyylikloridi) tai 200°C:een (akryyli) ja 13,8-20,7 baarin painetta käytettiin suunnilleen 5 minuutin kuumennusjakson lopussa. Puristinta avattiin sitten eri määrät eri näytteille, joiden annettiin täten paisua uudelleen eri paksuuksiin ja tiheyksiin ja jäähdytettiin.

Tarkistusosia näytteistä 1, 2 ja 3 testattiin sitten taivutus-moduulin ja vetomurtolujuuden suhteen, kun taas jäljelle jääneet osat jaettiin kahtia ja kyllästettiin upottamalla nopeasti eri nestemäisiin kertamuovihartsiliuoksiin: joko: fenoli-formaldehydihartsi (laatu MS 7814) toimittaja Ciba-Geigy tai : melamiini-formaldehydihartsi (laatu BL 434), toimittaja B.I.P. Chemicals, liuotettuna veteen 50 painoprosentin väkevyydeksi .

Kyllästettyjä näytteitä kuivattiin sitten ilmakiertouunissa 100°C:ssa suunnilleen 1 tunnin ajan, jäähdytettiin ja punnittiin hartsikuiva-aineiden imeytymisen määrittämiseksi ja kovetettiin sitten laakapuristimessa 170-200°C:ssa joko kosketuspaineessa (vain osittain kyllästettyjen materiaalien tuottamiseksi) tai 17,2 baarin paineessa, jolloin kovettuminen ja tiivistyminen saavutettiin suunnilleen 5 minuutissa. Ne jäähdytettiin ja testattiin sitten kuten yllä.

Tulokset on koottu oheiseen taulukkoon 1. Ne osoittavat, että paisutettujen näytteiden kyllästäminen kertamuovihartseilla tuotti lujuuden ja jäykkyyden kasvun; näytteet säilyivät myös riittävän kestomuovisina kuivausjakson lopussa niin, että ne kyettiin tiivistämään ennen niiden kovettumista.

Visuaalinen tarkastelu osoitti näytteiden olevan tasaisesti ja hienojakoisesti kyllästettyjä ilman näkyviä rajoja kestomuovis-ten ja kertamuovisten alueiden välillä.

Näytteet n:o 1 A ja 4 taulukossa testattiin myös kovuuden suhteen 10 83743 eri lämpötiloissa seuraavalla menettelyllä: metallituella lepää vä näytekappale asetettiin ilmakiertouuniin ja lämpötila nostettiin 15°C:een. Viiden minuutin kuluttua tuki ja näyte otettiin nopeasti pois uunista ja näytteen kovuus mitattiin käyttäen Shore D-kojetta, valmistaja Shore Instrument & Manufacturing Co. Toinen näytekappale asetettiin sitten tuen päällä uuniin ja menettely toistettiin useissa korkeammissa lämpötiloissa.

„ 83743 0 -μ μ Λ 33 tn m O eri 1 3 m ^ ο 3 Oj ID CM 03 •'tf id αο cm m ιο t~~

μ T-lS rj< CM M3 M· H CM in ID ID

Φ 33 £> 1—4 i OOO Q Q δ δ δ S ° 33 ·μ id m ro OOOO OÖco

+jh co in o cn h m* id m n O

3 3 (B CM CM CM ^flD CHM ID (31 00 > 33 a, •H V Σ CD Q E-* ε i un uo O en r- r— eri couo^f I—I e cd co oo in m M1 en cn oo ädJ ~ - - .......

C i-Η CM CM CM CM O CD CM N H

E Sh

E

CM

CO I

33 a >r1 π ^:ro

*3^ (/] μ 1/3 CD O uO ID μ i—I ιμ ^μ ID

ft/ (fl CD CO 00 COCOCOCO C33C33CO

μ ra c >1 ' *·

ni ft φμ μ CM CM CMCM'^'S' COCOCM

c c in •H fii5 in

W

1 :n} ^

ή -μ >i I

tn μ o o μ 3ο e O O O cm r~ o in n ^ Z μ cu -h 'Τ^μοΜμμίΝ | 33 d) ill μ μ C e e

CO *H ·Η *H *H

3, <1)0. (O to Π3 E-1 z K ^ g M S H S a a a a a fa a >i ·η it ή it ·η n) a a a a Σ Σ a h Hiiiqyu^

:OOcm O O O OOOO OOO

•H Cc 00 00 00 en CO CM CM TfTfCO

μ μ cm cm cm roroc33<33 r-C~co Φ(ϋ_ μ μ μ μ μ ηι γμ cm cm μ 2 & Cn V-ι D^D^P-t DjDj>I> ee a -h μ.h a a a a a a a < < a Ό m tn >3 ς μ e •μ τ! φ Ό >ι Τ3 •μ £, μ Φ μ tl) ib μ ο τι Ε >1 ο <<< _ μ h vj

:cB·· μ <Μ en 00 τ}> Γ'·' go σι O to Ή^ί (DO

ζ e μ e ·μ Ε μ

δ μ >-ι I

ο μ > μα o e ·μ ι ·μ ι μ ή μ *μ -μ in §co :r§ tn § 33 e >ι μ >, μμ ίι εμ μ -μ μ μμ Q Q Φ Φ ϋ] (0W ><to α α <Β μ Ε •μ μ :γο X -μ

.* μ μ (0 > Il II II II II

Φ Ιη -μ μ >ι tn -μ Ο δ to >ι :σΐ >ι·μ a ζ E-ι ο λ: ε-ι μ E" a o a > Ο a fa a < a Σ 12 83743

Kokeiden tulokset esitetään alla taulukossa 2:

Taulukko 2 - Esimerkki 2

Kuvaus Lämpötila °C Kovuus (Shore)

Tarkistus = ei kyllästystä 10 80 15 75-76 80 62-67 120 57-65 160 31-33 180 6

Kyllästetty fenoli-formalde- 10 53-65 hydihartsi 15 53-59 80 52-55 120 51-53 160 40-48 180 37-40

Tulokset osoittavat, että nestemäisellä kertamuovihartsilla kyllästetty materiaali säilyttää kovuutensa suuremmalla lämpötilojen alueella.

Materiaalin paksuus ei myöskään enää paisunut saavutettaessa korkeammat lämpötilat, mikä osoittaa kertamuovilisäaineen hillitsevää vaikutusta.

Esimerkki 3

Kyllästys nestemäisillä kertamuovihartseilla (B) Muovailtavuus

Valmistettiin näyte kuten esimerkin 2 taulukon 1 näytteet 3 ja 4 seuraavalla erolla: kyllästyksen ja kuivauksen jälkeen näyte esikuumennettiin lyhyesti ilmauunissa 180°C:ssa ja asetettiin nopeasti muotoiltuun työkaluun polviviputyyppiseen puristimeen, joka oli kuumennettu 180°C:een. Puristin suljettiin nopeasti 17,2 baarin paineeseen 5 minuutin ajaksi. Avattaessa puristin saatiin hyvin muodostunut tuote, jolla on kohtuullinen veto-aste .

13 83743

Esimerkki 4

Kyllästys nestemäisillä kertamuovihartseilla siirtämällä kestomuovikaIvolta_ (A) Fysikaaliset ominaisuudet Käsiteltäessä hartseja, jotka kovettuvat liian nopeasti, jotta ne voitaisiin esilämmittää kestomuovimatriisin muovauslämpöti-loihin, tai jotka kehittävät runsaasti ärsyttäviä tai palavia höyryjä tällaisen esilämmityksen aikana, otettiin käyttöön seu-raava muunnos esimerkin 2 menettelystä.

Näytteitä, jotka oli valmistettu kuten esimerkin 2 taulukon 1 numerot 1, 2 ja 3, esilämmitettiin uunissa 5 minuuttia 200°C:ssa tai kunnes niiden paksuus paisui havaittavasti ja muuttui kosketukselle pehmeäksi ja taipuisaksi. Sillä aikaa kaksi palasta 2 polykarbonaattikalvoa (laatu Lexan), jonka paino oli 300 g/m ja paksuus 0,26 mm ja jota toimittaa General Electric (Europe)

Co. Ltd., leikattiin suunnilleen näytteen kokoon ja levitettiin pöydälle. Tietty määrä tyydyttämätöntä polyesterihartsia (laatu Crystic 198), joka oli katalysoitu Catalyst Powder B-katalyy-tillä, molempien toimittaja Scott Bader Co. Ltd. kaadettiin jokaisen kalvopalasen pinnalle kahden ohuen lätäkön muodostamiseksi.

Kun näyte oli riittävän kuuma, se otettiin nopeasti pois uunista ja asetettiin lätäkön pinnalle ensimmäiselle kalvokappaleelle, jolloin nestehartsi imeytyi välittömästi huokoiseen, paisutettuun pintaan toimien heikkona liimana. Näytteen toinen puoli laskettiin sitten toisella kalvokappaleella olevan lätäkön pinnalle samoin tuloksin, kokonaisuus asetettiin uudelleen uuniin 10-20 sekunnin ajaksi, ts. kunnes kalvo pehmeni näkyvästi, mutta ei sulanut ja kutistunut. Se otettiin sitten pois ja asetettiin hydraulisen puristimen levyjen väliin, jotka oli esilämmitetty 120°C:een, ja pidettiin sitten 15 minuuttia kosketuspaineessa.

Se poistettiin sitten puristimesta, jäähdytettiin ja testattiin.

·;· Tulokset esitetään taulukossa alla: u 83743

Taulukko 3 - Esimerkki 4 Näyte Hartsin Taivutus- Vetomurto- n:o imeytymä moduuli, lujuus __ paino-% MPa_ MPa_ 10A 44 2700 33 9A 50 3100 50 8A 54 3100 53 5A 65 3300 48 4A 73 3200 49 7A 76 2900 41 6A 98 3400 48

Voidaan arvioida, että käsittelyn helpottamiseksi suuren mittakaavan tuotannossa yllä esitetyn menettelyn yksityiskohtia voidaan muuttaa: esimerkiksi osittain geelittynyttä tai korkean viskositeetin hartsia voidaan levittää kalvolle ja kalvo levittää sitten kuuman näytteen päälle eikä päinvastoin.

Esimerkki 5

Kyllästys nestemäisillä kertamuovihartseilla siirtämällä kestomuovikaIvolta_ (B) Muovailtavuus Näytteitä valmistettiin kuten kokeessa n:o 4 käyttäen eri määriä nestemäistä hartsilätäkköä kalvon pinnalla. Uudelleenlämmityksen jälkeen uunissa ne asetettiin esimerkin 3 muotoiltuun työkaluun polvivipumuotoiseen puristimeen ja puristin suljettiin 30 sekunniksi 130°C:ssa noin 17,2 baarin paineeseen. Sen jälkeen ne poistettiin, kiristettiin kevyesti telineelle ja jätettiin 10 minuutiksi kovettumaan loppuun 160°C:ssa olevaan uuniin. Saatiin hyvin muodostuneita, vääntymättömiä tuotteita, joilla oli voimakkaasti tarttuva, kiiltävä kalvopinta.

Tämän menettelyn muunnoksessa suhteellisen pieni nestemäisen hartsin lätäkkö levitettiin vain yhdelle kalvon palaselle, ja asetettiin vain näytteen toiselle puolelle. Näyte irtosi hyvin vielä 20 sekunnin kuluttua piiristimesta ja saatiin kiiltävä, hyvin tarttuva pintakalvo kuten edellä, mutta vain toiselle puolelle.

is 83743 Tämän menettelyn toisessa muunnoksessa käytetty kalvo oli orientoitua polypropeenia, joka oli ruiskutettu irrotusaineella, ennen kuin lätäkkö levitettiin sen päälle. Muodostuksen ja kove-tuksen jälkeen kalvo revittiin irti, jolloin jäljelle jäi sileä, kova, kiilloton, osittain kertamuovinen pinta.

Esimerkki 6

Paisutettujen näytteiden muotissa tapahtuva päällystys nestemäi- sillä, kertamuovisi1la hartseilla_

Valmistettiin näyte lujitetusta levymateriaalista esimerkissä 1 kuvatulla menetelmällä seuraavalla koostumuksella: 2

Kokonaisneliöpaino: 3000 g/m josta polypropeenipulveria (kuten esimerkissä 2) 60 paino-osaa lasikuitua (kuten esimerkissä 1) 40 paino-osaa Näytettä kuumennettiin ilmakiertouunissa 200°C:ssa suunnilleen 5 minuuttia, ts. kunnes sen paksuus paisui näkyvästi ja se muuttui kosketukselle pehmeäksi ja taipuisaksi. Esimerkissä 3 kuvattu työkalu esilämmitettiin 130°C:een polviviputyyppisessä puristimessa. Kun näyte oli valmis, sellainen määrä tyydyttämätöntä polyesteri- hartsia (kuten esimerkissä 3), joka riitti peittämään työkalun 2 alaosan suunnilleen 500 g/m :n neliöpainoon, kaadettiin työkalun alaosaan. Kuuma näyte siirrettiin nopeasti uunista työkaluun ja puristin suljettiin nopeasti noin 17,2 baarin paineeseen ja pidettiin suljettuna 10 minuuttia, ts. kunnes hartsi oli riittävästi geelittynyt ja kovettunut, jotta näyte irtosi puhtaasti.

Näyte kiinnitettiin sitten kevyesti telineeseen ja sen annettiin kovettua uunissa 140°C:ssa riittävän pitkä aika täyden kovettumisen saavuttamiseksi.

Saadun tuotteen havaittiin olevan tasaisesti hartsin läpäisemä alapinnalta niin, että saatiin kova ja sileä kertamuovinen pinta. Osan hartsista havaittiin myös tunkeutuneen tuotteen toiselle puolelle samanlaisin tuloksin.

2 16 83743 Tämän menettelyn muunnoksessa näyte koostui kahdesta 1500 g/m :n kappaleesta, jotka kuumennettiin yhteen kuten edellä niin, että saatiin kaksikerroksinen levy, jonka kummassakin kerroksessa oli erilaiset koostumukset: päällikerros: 25 paino-% lasikuitua/75 % polypropeenia pohjakerros : 48 paino-% lasikuitua/52 % polypropeenia

Pohjakerroksen havaittiin olevan paksuudeltaan paljon paisuneem-man (kuten on odotettavissa FI-patenttihakemuksen 850045 neuvoista) ja päällikerros osoitti vain hyvin pientä paisumista.

Työkalun yläosaa (kosketuksessa päällikerrokseen) modifioitiin sisältämään monimutkaisempi ripojen ja ulkonemien yksityiskohta, ja se kiinnitettiin hydrauliseen puristimeen, joka kykeni sulkeutumaan 103 baarin paineeseen tuotteen alalta.

Tuotetta irrotettaessa sen havaittiin olevan tasaisesti kyllästynyt pöhjapinnalta ja vain hyvin vähän hartsia tunkeutui yläpinnalle. Viimeksimainittu puoli toisti kuitenkin uskollisesti työkalun hienot yksityiskohdat.

Voidaan arvioida, että kovetusajan valinta riippuu kyllästykseen käytetystä hartsityypistä ja että paljon lyhyempiä aikoja voidaan saavuttaa tällä tavoin.

Samoin nestemäiset hartsit voidaan korvata pulverimaisilla hartseilla, joita käytetään haluttaessa tunnetunlaiseen muotissa tapahtuvaan päällystykseen.

Kummassakin tapauksessa kuuman, paisutetun levyn mikrohuokoinen rakenne sallii tasaisen ja perusteellisen tunkeutumisen, mikä takaa päällysteen hyvän tartunnan ja kertamuovisten ominaisuuksien antamisen tuotteelle.

Claims

17 83743

1. Menetelmä kuitulujitteisen muovirakennekomposiitin valmistamiseksi, jossa - muodostetaan vaahdotettu vesipitoinen dispersio 20-60 paino-%:sta yksittäisiä lujittavia kuituja, joiden kimmomoduuli on suurempi kuin noin 10 000 MPa ja joiden pituus on välillä noin 7-50 mm ja 40-80 paino-%:sta tiivistämätöntä hiukkasmaista kestomuovi-materiaalia, - valutetaan dispersio revitetyllä alustalla oleellisesti homogeenisen levyn muodostamiseksi, jossa on satunnaisesti jakautuneita lujitekuituja ja niiden välissä olevia kesto-muovihiukkasia - saatetaan levy alttiiksi lämmölle ja paineelle sellaisen sulassa tilassa olevan kestomuovimatriisin muodostamiseksi, johon on dispergoituneena jännityksen alaiset lujitekuidut, tunnettu siitä, että - joko poistetaan kuumaan matriisiin kohdistettu paine, tai tiivistetään matriisi levyksi jäähdyttämällä ja kuumennetaan sitten levy uudelleen sulaan tilaan, jolloin molemmissa tapauksissa kuitujen jännitysten laukeaminen paisuttaa matriisia tai levyä ja tekee ne huokoiseksi, - verhotaan ainakin levyn pinta kertamuovihartsilla ja - kovetetaan kertamuovihartsi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä kuitulujitteisen muovirakenteen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että kuitu- ja kestomuovikomponentit sidotaan ilmaa läpäiseväksi rakenteeksi.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä kuitulujitteisen muovirakenteen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että huokoinen matriisi muodostetaan lisäämällä vaahdotus-aineita kestomuovimateriaalin ja lujittavien kuitujen rakenteeseen sen saamiseksi paisumaan ja muuttumaan huokoiseksi, kun lämpöä ja painetta käytetään peräkkäin ja poistetaan sitten. is 83743

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä kuitulujittei-sen muovirakenteen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että huokoinen matriisi muodostetaan kuitulujitteisesta kesto-muovimateriaalista, joka on tiivistety kuumentamalla ja jäähdyttämällä paineen alaisena ja kuumennettu sitten uudelleen kuitujen joustavuuden saamiseksi paisuttamaan se uudelleen ja tekemään levy huokoiseksi.

5. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 2-5 mukainen menetelmä kuitulujitteisen muovirakenteen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että matriisi kyllästetään tai ympäröidään täysin kertamuovisella, nestemäisellä muovimateriaalilla.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä kuitulujitteisen muovirakenteen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että vain matriisin pintakerrokset kyllästetään kertamuovisella muovimateriaalilla.

7. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä kuitulujitteisen muovirakenteen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että ylimäärin nestemäistä kertamuovis-ta muovimateriaalia levitetään matriisin pinnalle sileän, kiiltävän ulkonäön aikaansaamiseksi.

8. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä kuitulujitteisen muovirakenteen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että matalassa lämpötilassa kovettuvaa nestemäistä hartsia käytetään matriisin kyllästämiseen, jota säilytetään sitten hartsin kovettumisen edistymisen aikaansaamiseksi hitaasti huoneenlämpötilassa tai huomattavasti kestomuovimateriaalin pehmenemispisteen alapuolella.

9. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä kuitulujitteisen muovirakenteen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että huokoinen matriisi kyllästetään aluksi suhteellisen hitaasti kovettuvalla kertamuovihartsil-la, kuumennetaan sitten nopeasti kestomuovikomponentin muo- 19 83743 vauslämpötilaan, siirretään nopeasti muovauspuristimeen ja puristetaan haluttuun muotoon, ennen kuin kertamuovikom-ponentin kovettuminen on mennyt loppuun.

10. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä kuitulujitteisen muovirakenteen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että ohut, huokoinen, kuitulujitteinen kestomuovimateriaali kyllästetään täysin kertamuovihartsil-la, kuumennetaan kestomuovimateriaalin muovauslämpötilaan ja laminoidaan yhden tai useamman kuuman kyllästämättömän levyn kanssa ja muotoillaan sitten kuumapuristimessa.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä kuitulujitteisen muovirakenteen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että toinen kyllästetty levy lisätään kyllästämättömän levyn tai levyjen toiselle puolelle, jotka muodostavat tuotteeseen kyllästämättömän sydämen sitä muodostettaessa.

12. Patenttivaatimusten 1-4 mukainen menetelmä kuitulujitteisen muovirakenteen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että kertamuovinen muovimateriaali tuetaan kalvolle tai levylle, joka levitetään matriisin päälle.

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä kuitulujitteisen muovirakenteen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että kertamuovimateriaali sijoitetaan kestomuovimateriaalia olevalle kalvolle tai levylle, joka levitetään matriisin päälle ja sen jälkeen kuumennetaan ja puristetaan.

14. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä kuitulujitteisen muovirakenteen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että osittain geelittynyt tai korkean viskositeetin hartsi levitetään kalvolle tai levylle, joka sitten levitetään kuumalle matriisille ja puristetaan. 20 83743