FI85670C - Foerfarande foer tillverkning av ett kompositstycke. - Google Patents

Description

Menetelmä komposiittikappaleen valmistamiseksi 8 5670

Keksintö kohdistuu patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaiseen menetelmään komposiittikappaleen 5 valmistamiseksi.

Komposiittina pidetään kahden tai useamman materiaalin yhdistelmää. Kun mikroskooppisella tasolla yhdistetään kaksi eri ainetta, muodostuu makroskooppisesti homo-10 geeninen materiaali eli komposiitti, jolloin siinä usein tulevat esiin kummankin komponentin parhaat puolet sekä mahdollisesti myös aivan uudet ominaisuudet. Komposiiteissa ovat tavallisesti parantuneet: 15 - lujuus jäykkyys - paino ulkonäkö lämpötekniset ominaisuudet 20 - lämmönjohtavuus lämmöneristys väsymiskestävyys korroosionkestävyys kulumiskestävyys 25 - ääneneristys

Kaikki mainitut kohdat eivät luonnollisesti muutu samalla kertaa.

30 Nykyisin komposiitit ovat herättäneet hyvin laajaa kiinnostusta, koska ne soveltuvat keveisiin, suurta jäykkyyttä ja lujuutta vaativiin kohteisiin. Lähinnä lentokone- ja avaruusteollisuus ovat kehittäneet uusia komposiittimateriaaleja. Komposiittien matrii-35 seinä ovat perinteisesti olleet 1ämpöverkkoutettavat kertamuovit, kuten polyesterit ja epoksit, mutta tilanne on vähitellen muuttumassa kehitettyjen uusien, hyvät fysikaaliset ominaisuudet omaavien teknisten kestomuovien myötä.

2 85670

Komposiittien ominaisuudet johtuvat etupäässä jatkuvista teknisistä kuiduista, joita on ollut markkinoilla toisesta maailmansodasta lähtien. Tärkeimmät niistä ovat hiili-, aramidi- ja lasikuidut (tässä järjestyk-5 sessä), muina mielenkiintoisina yhdisteinä mainittakoon keraamiset boori, piikarbidi ja alumiinioksidi. Perinteisinä rakennekomposiittien matriiseina ovat olleet lämmön avulla verkoutettavat epoksit, polyesterit, polyimidit, fenolit, vinyyliesterit ja silikonit. 10 Kertamuovien eduiksi on luettu niiden suhteellisen hyvät lämpötekniset ominaisuudet, kohtalainen kemiallinen kestävyys ja mittapysyvyys. Viimeisen vuosikymmenen aikana kertamuovisiin matriiseihin perustuva komposiittiteknologia on saavuttanut tason, jossa 15 ovat yhdistyneet kappaleiden riittävä suorituskyky melko tehokkaaseen valmistustekniikkaan. Kertamuovi-komposiittien tulevan kehityksen hidasteeksi ja joissakin tapauksissa esteeksi ovat nousseet niiden hauraus, kosteusherkkyys ja hidas kemiallinen valmis-20 tusmenetelmä sekä tähän liittyen perusreagenssien lyhyt varastointikestävyys. Nykyiset hitaan ristisil-loitusreaktion tarvitsevat kertamuoviset matriisit pidentävät valmistusaikoja ja rajoittavat kappaleen . . muotoilua ja käsittelyä nostaen siten prosessointikus- • . 25 tannuksia.

Kestomuovisten matriisien käyttö komposiiteissa tulee yleistymään uusien teknisten polymeerien, kuten esim. polypropeenin (PP), polyf enyleenisulf idin (PPS), . : 30 polyeetterieetteriketonin (PEEK) ja polyeetterisul- fonin (PES), kehittämisen myötä. Lyhyesti esitettynä etupäässä seuraavat seikat edesauttavat kestomuovimat-riisien läpilyöntiä: 35 - suurempi sitkeys, mikä tulee esiin esim. parempana kovan iskun jälkeisenä puristuslujuutena ja lami-naattilevyjen välisen särön etenemisen vastuksena kuin kertamuoveilla 85670 3 pienempi kosteusherkkyys eli hygroskooppisuus korkeammat jatkuvat käyttölämpötilat (eräillä polymeereillä) - parempi kemikaalien kestävyys (eräillä polymeereil- 5 la) suurempi puristuslujuus kuumissa ja kosteissa olosuhteissa helposti suoritettava fysikaalinen lämpö- ja/tai painemuovaus 10 - lämpö- ja/tai painemuovaus on toistettavissa useita kertoja, rikkoutuneiden rakenteiden helppo korjaus-mahdollisuus hylkykappaleet ja viimeistelyjäte soveltuvat esim. ruiskuvalun raaka-aineeksi 15 - alhaisemmat valmistuskustannukset, esim. kestomuovi- granulaattien varastointikestävyys lähes rajaton, ei tarvita kalliita jäähdytyslaitteistoja eri eristä valmistuneet kappaleet tasalaatuisempia - metallien muovaustekniikoiden soveltamismahdollisuus 20

Nykyisin lähinnä lentokoneteollisuus on siirtymässä jatkuvakuituisiin kestomuovikomposiitteihin, koska niiden kestävyys on parempi kuumissa ja kosteissa . . olosuhteissa kuin kertamuovisten. Käytettäessä kesto- 25 muoveja ne ovat tavallisesti komposiittien matriisina, jolloin ne joko ekstrudoidaan kalvoksi tai kuidute-taan. Tunnettuja tekniikoita kestomuovisten komposiit-tien valmistukseen ovat esimerkiksi: 30 - matriisikalvojen ja lujitekuitujen jaksottainen kerrostus ahtopur is tantalla (film stacking) ____: - hybridikuidut, -langat ja -kankaat (lujite- ja matriisikuitujen seos) jauheimpregnointi 35 - liuosimpregnointi sulaimpregnointi mm. ristipääsuuttimella, pultruu-siolla ja kelaamalla.

4 85670

Kestomuovien viskositeetti on suuri, minkä vuoksi niillä on vaikea kostuttaa hyvin erilaisia lujitekui-tuja. Lisäksi sulaimpregnointi johtaa jäykkiin levyihin, joiden jatkotyöstämisessä muotokappaleiksi 5 tarvitaan hyvin kalliita ahtopuristimia. Valmiiseen tuotteeseen voi myös syntyä puristusvaiheessa matrii-sittomia alueita ja epätasaisia seinämävahvuuksia. Tämän ohella jäykät tekniset lujitekuidut saattavat vaurioitua nurjahtamalla ahtopuristettaessa, mikä 10 heikentää valmiin komposiitin mekaanisia ominaisuuksia . Käytettäessä hybridikuituja ne on ensin tehtävä langaksi, minkä jälkeen ne tavallisesti kudotaan ja laminoidaan sekä puristetaan paineen ja lämmön avulla kappaleeksi.

15 Tähänastisissa menetelmissä on ollut vaikeutena sellaisen lujitemateriaalin löytäminen, jolla olisi hyvät lujuusominaisuudet, mutta joka samalla olisi menetelmäteknisesti edullinen käyttää.

20

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan kuivaimpreg-nointimenetelmä, jota voidaan erityisen hyvin käyttää varsinkin sellaisissa kohteissa, joissa vaaditaan hyvää yhdistelmämateriaalin muotoutuvuutta ennen 25 lämpöpuristusvaihetta. Tämän tarkoituksen toteut tamiseksi keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa. Keksintö perustuu neuleen käyttöön matriisia lujittavana rakenteena.

: 30

Keksinnön mukaisella tavalla voidaan valmistaa jatkuva toimisesti nykyisillä massatuotantomenetelmillä kestomuovimatriisisia komposiitteja nopeasti ja . . edullisesti. Keksinnön mukaisella menetelmällä matriisi * ; 35 kyetään myös jakamaan erityisen tasaisesti lujit teeseen. Keksinnön avulla voidaan valmistaa hyvin laajapintaisia ja geometrisesti monimuotoisia kappaleita. Kuivaimpregnoitu kestomuovimatriisinen 85670 5 puolivalmiste (prepreg) on edullisimmin taipuisa tuote, joka sekä laskostuu (drapeable) että muotoutuu helposti ja pysyvästi vaikeisiin muottigeometrioihin, esim. pallomaiset kappaleet. Lämmön ja paineen avulla 5 em. prepreg kyetään saattamaan jäykkään levymuotoon, joka voidaan ahtopuristaa muotokappaleeksi. Ajettaessa taipuisa puolivalmiste kuumennusvyöhykkeen läpi se on mahdollista muovata ali- tai ylipaineen avulla muoto-kappaleeksi. Keksinnön mukainen menetelmä mahdollistaa 10 näin integroidun laajapintaisten ja geometrialtaan monimutkaisten kappaleiden jatkuvatoimisen valmistus-linjan, mikä käsittää raaka-aineiden syötön (matriisi-huopa ja/tai -kuidut ja/tai -partikkelit ja neule), esikiinnityksen neuleeseen, kuumennus- ja painevyöhyk-15 keen sekä viimeistysvaiheen. Mainitulla tavalla kyetään valmistamaan nopeasti mm. autonkorin sisä- ja ulko-osan erilaisia komponentteja. Edullisimmillaan taipuisa kestomuovinen puolivalmiste voidaan toimittaa loppukäyttäjälle, joka saattaa sen lämmön ja paineen avulla 20 lopulliseen tuotemuotoon.

Mainittu menetelmä ei rajoitu pelkästään kestomuovei-hin, vaan sillä pystytään valmistamaan myös hiillyt-tämällä vastaavia kappaleita, jolloin lämpöpuristus 25 korvataan uunivaiheella suo jailmakehässä. Käytettäessä esim. fenoli-, viskoosi- tai polyakryylinitriilikuituja matriisina ja neuleen materiaalina keraami-, mineraali-tai kivikuitua matriisi voidaan hiillettää, jolloin syntyy lujitettu hiilineule. Jos käytetään esim. 30 fenolia, saadaan tällöin amorfista hiiltä. Jos huopa ja neule ovat molemmat hiilletettävää materiaalia, hiilletettäessä syntyy hiili/hiili -komposiitti, jossa lujitekomponentti on edelleen neulemuodossa. Em. hiilikoraponenttien iskulujuus on parempi kuin 35 lujittamattomien materiaalien.

6 85670

Keksinnön mukaisella kuivaimpregnointimenetelmällä on mahdollista valmistaa mm. autojen, laivojen, lentokoneiden sekä rakennusväline- ja prosessiteollisuuden tarvitsemia lujitettuja kestomuovisia komposiitteja. 5

Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää keksinnön mukaisella menetelmällä 10 valmistetun muotopysyvän komposiittimuoto- kappaleen osaa poikkileikkauksena, kuva 2 esittää kaavamaisesti menetelmän eri vaiheita, 15 kuva 3 esittää menetelmässä syntyvää välituotetta poikkileikkauksena, kuva 4 esittää samaa välituotetta erään toisen 20 menetelmävaihtoehdon mukaan valmistettuna, kuva 5 esittää välituotetta erään kolmannen menetelmävaihtoehdon mukaan valmistettuna, ____: 25 kuva 6 esittää erästä mahdollisuutta sijoittaa lujitemateriaalikerroksia tuotteeseen poikkileikkauksena välituotteen tasoa vastaan kohtisuorassa suunnassa sekä vastaavasti tason suuntaisena leikkauksena, 30 kuva 7 esittää erästä toista vaihtoehtoa sijoittaa — lujitemateriaalikerroksia tuotteeseen, . kuva 8 esittää erästä lujitemateriaalikerroksen 35 edullista suoritusvaihtoehtoa, ja kuva 9 esittää erästä kuvan 8 mukaisessa kerrok sessa käytettävää lankatyyppiä.

7 85670

Kuvassa 1 on esitetty keksinnön mukaisella menetelmällä valmistetun muotopysyvän komposiittimuotokappaleen osa. Komposiitin tavoin kappale muodostuu matriisi-5 materiaalista 6 sekä ainakin osittain sen sisällä sijaitsevasta lujitemateriaalikerroksesta 5. Matriisi-materiaali 6 on lopullisessa tuotteessa jatkuvana faasina ilman matriisimateriaalin välisiä makroskooppisia rajapintoja, toisin kuin esim. hakijan aikaisem-10 massa patenttihakemuksessa 901745, jossa matriisimate-riaali käsittää erillisiä partikkeleita. Matriisi saa aikaan yhdessä lujitemateriaalikerroksen kanssa kappaleen tietyn muotopysyvyyden. Keksinnön mukaisesti lujitemateriaalikerros 5 on neule, jolla on hyvä 15 muotoutuvuus ja muodossa pysyvyys, mistä on erityistä apua aikaisemmissa valmistusvaiheissa, joita käsitellään seuraavassa, ja myös lopullisen tuotteen kannalta.

Kuvassa 2 on esitetty kaavamaisesti pääasialliset 20 menetelmävaiheet. Menetelmä käsittää kiinteässä olomuodossa olevan matriisimateriaalin 6 saattamisen erillisinä partikkeleina neuleen 5 yhteyteen ja : kiinnittämisen neuleeseen (kohdat A ja B), minkä jälkeen syntyy ns. prepreg -välituote ja lämpökäsit-25 telyn, jossa matriisimateriaali 6, joka tätä ennen on muotoiltu haluttuun muotoon neuleen 5 muotoutuvuuden avulla, saatetaan tiettyyn lämpötilaan, jossa tapahtuu kappaleen lopullinen muotoutuminen (kohta C). Lämpökäsittely voi käsittää matriisimateriaalin tiivistys-30 muovauksen, eli sen sulatuksen lämmön avulla sen ollessa muotoutuneena sopivaan muotoon paineen avulla, '.· · minkä jälkeen materiaalin jähmetyttyä kappale jää " lopulliseen muotoonsa, ja sen tilavuus on tällöin pienempi kuin prepreg -välituotteen. Tällöin matriisi-- 35 materiaalin partikkelit ovat jotain sopivaa tiivistys- muovauksissa käytettävää kestomuovia, joka soveltuu erityisen hyvin muotokappaleiden valmistamiseen kuivaimpregnoinnilla. Lämpökäsittely voi myös olla 8 85670 matriisimateriaalin hiillettämistä, jolloin sopivassa suo jailmakehässä polymeerimateriaali hiiltyy muodostaen hiiltä.

5 Kuvissa 3 ja 4 on esitetty eräitä kuvan 2 kohdan B jälkeen syntyviä välituotteita. Kuvassa 3 on esitetty ns. sandwich-rakenne, jossa neulekerros 5 on jäänyt kahtena erillisenä huopakerroksena 6a ja 6b neuleker-roksen 5 vastakkaisille puolille syötetyn materiaalin 10 sisään. Huopakerrokset 6a ja 6b on kiinnitetty neule-kerrokseen 5 neulaamalla, jolloin kerrokset 6a ja 6b ovat kiinnittyneet joidenkin kuitujensa avulla myös toisiinsa. Kerrokset 6a ja 6b voidaan muodostaa sandwich-rakenteeksi neulekerroksen 5 molemmille 15 puolille myös siten, että kerroksia ei syötetä valmiina non-woven-huopana, vaan karstamattona, jolloin ne myös voidaan neulata kiinni kerroksiin 5 ja toisiinsa.

Kuvassa 4 on esitetty sellainen vaihtoehto, jossa 20 matriisikuidut on saatettu yhtenä huopakerroksena tai karstamattona 6 neulekerroksen 5 yhteyteen, minkä jälkeen neulaus on suoritettu siten, että matriisima-• : teriaalin kerros 6 tunkeutuu myös neuleen sisään, eli j neulekerros 5 ei jää materiaalin pinnalle. Neulekerrok- 25 sen 5 sijaintia matriisimateriaalikerroksen 6 ulkopin-: tojen suhteen ja samalla neuleen täyttymistä matriisi- materiaalilla voidaankin säätää neulaus syvyyttä säätämällä. Myös tällä tavoin voidaan valmistaa kuvan 1 kaltainen komposiittikappale, jossa sama matriisi-30 materiaali muodostaa molemmat vastakkaiset ulkopinnat ja neule jää kokonaan pintojen sisäpuolelle.

Käytännössä kaikki kuvissa 3-4 esitetyt rakenteet voidaan valmistaa tavallisissa käsittelylinjoissa, 35 joissa jatkuvan radan muodossa oleva matriisimateriaa-likerros 6 tai useampia tällaisia kerroksia 6a, 6b ja neulekerros tai -kerrokset 5, joka on myös jatkuvan radan muodossa, voidaan saattaa yhteen (kuva 2, kohta A) ja kiinnittää toisiinsa (kuva 2, kohta B).

85670 9

Kuvassa 5 on esitetty erästä kuvien 3 ja 4 vaihtoehdosta poikkeavaa vaihtoehtoa matriisimateriaalin saattamiseksi neuleen 5 yhteyteen. Kysymyksessä on tällöin jauhemuodossa oleva matriisimateriaali, jossa jauhepar-5 tikkelit 6c saatetaan eteenpäin liikkuvan, jatkuvan radan muodossa olevan neuleen yhteyteen kohdassa A kuvassa 1. Kohdassa B tapahtuu muovikalvojen 6d liittäminen molemmille puolille, jolloin toinen kalvo tuodaan eteenpäin liikkuvaan rataan ylhäältäpäin ja 10 toinen kalvo alhaaltapäin esim. kahden peräkkäisen kuljetinhihnan välin kautta. Kuvassa 1 on tätä mahdollisuutta kuvattu katkoviivoilla, ja tässä yhteydessä siinä on esitetty lisäksi kelat 7, joilta kalvot voivat purkautua. Vaihtoehtoisesti kalvot voidaan 15 muodostaa ekstruusiossa samanaikaisesti samassa linjassa ja johtaa matriisin ja neuleen päälle. Kalvot ovat edullisesti samaa materiaalia kuin matriisin partikkelit 6c, ja lämpökäsittelyssä ne sulavat (termoplastiset polymeerit) tai hiiltyvät (hiilletet-20 tävät polymeerit) muodostaen jatkuvan faasin.

Matriisimateriaali voi käsittää luonnollisesti partik-• : keleiden 6c lisäksi myös kuitumaista matriisimateriaa- · : lia, jota kuvassa 5 on kuvattu katkoviivoilla. Tämä 25 voidaan saattaa neuleen 5 yhteyteen joko ennen jauheen lisäystä siihen, sen jälkeen tai samanaikaisesti ·-- jauheen kanssa. Em. tapauksissa voidaan suorittaa myös neulaus ennen kalvojen 6d liittämistä.

30 Jauhevaihtoehto sopii erityisen hyvin haluttaessa käyttää matriisimateriaalina termoplastista uretaania, joka näin voidaan saattaa kuivaimpregnoinnilla lujit-: teenä toimivan neuleen 5 yhteyteen. Tällä menetelmällä voidaan valmistaa erilaisia iskunkestävyydeltään 35 hyviä elastisen rakenteen omaavia kappaleita, kuten palkeita, kuljetushihnoja tai tärinänvaimentimia.

10 85670

Kyseisessä tapauksessa sekä partikkelit 6c sekä kalvot 6d ovat em. materiaalia, joka lämpökäsittelyssä sulaa muodostaen jatkuvan matriisifaasin.

5 Monia lujitekerroksia sisältävä lopullinen tuote voidaan valmistaa siten, että erillisiä, lujitekerrok-sen 5 käsittäviä kerroksia ladotaan päällekkäin ennen lämpökäsittelyä lopulliseksi tuotteeksi, jossa käsittelyssä kerrokset laminoituvat kiinni toisiinsa.

10

Kuvassa 6 on esitetty erään kolmannen vaihtoehdon mukainen välituote. Tässä neulekerroksen 5 lisäksi lu jitemateriaali käsittää yhdensuuntaisia lujite-elementtejä 5', jotka antavat lopulliselle tuotteelle 15 haluttua lisälujuutta lujite-elementtien suunnassa.

Lujite-elementteinä voidaan käyttää jotain jatkuvaa filamenttikuitua, joka, kuten kuvasta 5a käy ilmi, myös sijaitsee kuiduista koostuvan matriisimateriaali-kerroksen 6 sisällä. Nämä voidaan saattaa matriisi-20 materiaalin yhteyteen kuvan 2 linjassa myös kohdassa A esim. siten, että yhdensuuntaiset lujite-elementit ja neule syötetään päällekkäin ennen matriisimateriaa-: Iin saattamista niiden yhteyteen, tai niiden väliin jää matriisimateriaalikerros. Kuvassa 7 on esitetty 25 lisäksi kaavamaisesti sellainen vaihtoehto, jossa tuotteessa on kaksi neulekerrosta 5a ja 5b, joiden silmukkavaot kulkevat ristikkäisiin suuntiin, jolloin lujuusominaisuudet ovat tasaisemmat lujitteen tason suunnassa. Tämä voidaan valmistaa saattamalla neuleet 30 päällekkäin jo kohdassa A, tai myöhemmin latomalla neuleet sisältävät kerrokset päällekkäin vasta ennen lämpökäsittelyä.

Yhdensuuntaisina lujite-elementteinä 5' voidaan käyttää 35 myös neuleen 5 sisään sijoitettuja ns. inlay-lankoja, jotka, samoin kuin kuvan 5 elementit 5', kulkevat siten, että niiden pääsuunta on oleellisesti kohtisuorassa neuleen 5 silmukkavakojen suuntaa vastaan, 85670 11 jolloin rakenne lujittuu myös tässä suunnassa ilman, että välituotteen muotoutuvuus valmistusvaiheessa olennaisesti heikkenisi. Jatkuvat lujite-elementit voivat kulkea haluttaessa myös silmukkavako jen suunnas-5 sa joko ainoina yhdensuuntaisina lujite-elementteinä tai yhdessä ristikkäiseen suuntaan kulkevien yhdensuuntaisten lujite-elementtien kanssa.

Matriisimateriaalina voi olla mitä tahansa lämmön ja 10 paineen avulla muotoiltavaa kestomuovia olevia partikkeleita. Partikkelit voivat olla kuitumaisia, jolloin välituotteena on huopa, joka kuitenkin lopullisessa käsittelyssä muuttaa rakenteensa täysin jatkuvaksi matriisiksi, toisin kuin hakijan aikaisemmassa patent-15 tihakemuksessa 901745 esitetty huopa, joka myös kertamuovilla impregnoituna säilyttää huopamaisen rakenteensa. Kuten edellä on jo esitetty, neuleen yhteyteen voidaan kohdassa A ajaa myös jauhemaisia kestomuovipartikkeleita, jolloin niiden pysyminen 20 neuleen yhteydessä voidaan neulauksen sijasta varmistaa sulkemalla neule ja jauhepartikkelit molemmille puolille ajettujen kestomuovikalvojen sisään, ja kes-tomuovikalvot ovat tällöin esim. samaa materiaalia kuin jauhepartikkelit ja kalvot voidaan kiinnittää 25 lämpösitomalla matriisin molemmille puolille. Kuten edellä on mainittu, sopivat matriisimateriaaliksi myös hiilletettävät polymeerit, joko kuitumaisessa tai jauhemuodossa, jolloin esikäsittely voidaan suorittaa samoilla periaatteilla kuin edellä on esitetty.

30

Varsinaisen matriisimateriaalin lisäksi voidaan matriisissa käyttää muovi- ja komposiittitekniikassa ... yleisesti tunnettuja lisäaineita.

35 Neulekerroksen 5 raaka-aineena käytetään edullisesti sellaista lankaa, jossa on jatkuva mono- tai multi-filamentti, kuten lasikuitu, muovi, kuten polyesteri, tai metalli tai keraami. Tällainen filamenteista 12 85670 muodostettu lanka on edullisesti teksturoitu, jolloin neuleen silmukat täyttyvät paremmin kuivaimpregnoin-tivaiheessa. Kuvassa 8 on lisäksi esitetty sellainen neulerakenne, joka sopii erityisen hyvin käytettäväksi 5 keksinnön mukaisessa kuivaimpregnointimenetelmässä. Matriisimateriaalin partikkeleiden kiinnittymistä neulekerrokseen 5 on parannettu muodostamalla neule langasta, jossa on sivulle päin suuntautuvia kuituja 3, jotka täyttävät kyseisen neuleen tyhjiä silmukoita 10 4. Tällöin saadaan toisaalta neuleelle luja rakenne tasonsa suunnassa, minkä lisäksi kuiduista 3 on apua siinä mielessä, että matriisimateriaalin kerroksen 6 partikkelit voivat impregnoitua neuleeseen paremmin, jolloin saadaan lujempi sidos vahvikemateriaalin ja 15 matriisin välille muodostettaessa tuotetta lopulliseksi muotopysyväksi tuotteeksi. Esimerkiksi käytettäessä kuituja matriisimateriaalina kuidut voivat kiinnittyä neulekerroksen kuituihin 3 tunkeutuessaan neulauksen yhteydessä silmukoiden 4 sisään, jolloin matriisimate-20 riaalikerroksen kiinnitys paranee ja välituotteen käsiteltävyys helpottuu.

Kuvan 8 esittämän neuleen silmukoiden sisäosaa täyttävien kuitujen 3 aikaansaamiseksi neule on valmistettu 25 langasta, joka on esitetty kuvassa 9. Lanka käsittää jatkuvan filamentin muodossa olevan langan 1, joka muodostaa langan vetojännitystä vastaanottavan osan.

·.: Kyseinen lanka voi olla monof ilamentti tai multi- filamentti ja se voi olla esim. lasikuitua tai muuta 30 veto jännitystä hyvin kestävää f ilamenttikuitua. Ydinlankaa 1 kiertää tapulikuiduista koostuva lanka • 2, jonka kuitujen 3 päät ovat kiertyneet sivulle poispäin langan kulkusuunnasta. Tapulikuidut ovat edullisimmin jäykkiä teknisiä kuituja, kuten esim. 35 lasikuitua, keraamista kuitua tai muuta epäorgaanista kuitua, hiilikuitua, tai synteettisiä polymeerikuituja, i3 85670 kuten aramidikuituja. Kuitujen jäykkyyden ansiosta voidaan kuitujen päät saada harittamaan suorina sivuille langan kiertymisen ansiosta.

5 Eräs toinen vaihtoehto neuleessa käytettäväksi langaksi on pelkästään tapulikuiduista kehräämällä muodostettu hybridilanka, jossa on lujitekuituja, jotka pysyvät neulemuodossa lopullisessa tuotteessa, ja kestomuovia olevia matriisikuituja, jotka sulavat lämpökäsit-10 telyssä yhdessä varsinaisen matriisimateriaalin kanssa . Esimerkkinä tällaisesta voidaan mainita ns. Heltra-prosessilla valmistettu lanka, jossa lujitekuituina on hiilikuidut ja matriisikuituina PEEK (polyeet-terieetteriketoni). Langan matriisikuidut ja var-15 sinainen matriisimateriaali ovat edullisesti samaa polymeeriä.

Keksinnössä voidaan käyttää neulekerroksen 5 muodostavana neuleena mitä tahansa neuletyyppiä, kuten 20 esim. sileää neuletta, interlock-tyyppistä neuletta jne. ha 1 ul.un muotoilukäyttäytymisen ja lujitusvaikutuk-sen mukaan. Neuletyypillä voidaan säätää prepreg-tuotteen ja lopullisen tuotteen makroskooppista muodonmuutosastetta. Erityisen edullinen neule on 25 siinä mielessä, että muodonmuutosaste ei ole riip puvainen lujitteen langan venyvyydestä, vaan neuleen makroskooppisesta rakenteesta.

Vaikka kuvassa 2 onkin esitetty jatkuva valmistuslinja 30 alkaen raaka-aineesta valmiiksi muotokappaleeksi, voidaan kohtien A ja B jälkeen saatavaa, vielä suhteel-lisen taipuisaa välituotetta eli ns. prepreg -materiaa-... lia myös varastoida ja siirtää esim. kokonaan toiseen paikkaan, missä tapahtuu tuotteen lopullinen valmistus 35 (kohta C).

i4 85670

Matriisimateriaalin ja lujitteen osuudet tuotteen kokonaispainosta voivat luonnollisesti vaihdella sopivissa rajoissa. Edullisimmillaan lujitteen osuus 5 lopullisessa tuotteessa on yli 50%, ja esimerkiksi suhdetta matiirisia 30% ja lujitetta 70% voidaan pitää hyvänä ohjearvona.

Keksintöä ei ole edellä rajoitettu ainoastaan selityk-10 sessä tai kuvissa esitettyyn suoritusmuotoon, vaan sitä voidaan muunnella patenttivaatimusten esittämän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa. Matriisimateriaali on edullisimman samaa polymeeriä, mutta voidaan ajatella käytettäväksi myös kahden tai useamman 15 polymeerin seosta, joka lopullisessa tuotteessa muodostaa jatkuvan faasin, mikäli niiden ominaisuudet ovat yhteensopivat.

Claims (12)

1. 8 R 7 Π Patenttivaatimukset; 7 u
2. 1. Menetelmä komposiittimuotokappaleen valmistamiseksi kuivaimpregnoinnilla, jossa lujitemateriaaliin 5 yhdistetään kiinteässä olomuodossa matriisimateriaali (6) ja matriisimateriaali saatetaan lämpökäsittelyyn sen muuttamiseksi jatkuvana faasina olevaksi materiaaliksi, tunnettu siitä, että lujitemateriaali käsittää ainakin yhden neulekerroksen (5). 10
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että matriisimateriaali saatetaan kuituina neulekerroksen (5) yhteyteen, minkä jälkeen matriisi saatetaan käsittelyyn sen muuttamiseksi.
4. 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että matriisikuidut saatetaan erillisinä kerroksina (6a, 6b) neulekerroksen (5) molemmille puolille ennen matriisin käsittelyä. 20
5. 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kerrokset (6a, 6b) sidotaan neulekerrokseen (5) neulaamalla.
6. 5. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että matriisikuidut saatetaan yhdeltä puolelta neulekerroksen (5) yhteyteen, minkä jälkeen ne sidotaan neulaamalla siten, että neulekerros (5) jää matriisi-kuitujen muodostaman kerroksen (6) sisään ennen 30 matriisin käsittelyä.
7. 6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että matriisimateriaali käsittää jauhetta (6c), joka saatetaan neulekerroksen (5) yhteyteen, minkä /·: 35 jälkeen mahdollisesti matriisikerroksen ainakin ·’ " toiselle pinnalle lisätään kalvo (6d). 16 85670
8. 7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että neulekerroksen (5) neuleen lisäksi matriisimateriaalin yhteyteen saatetaan pääasiallisesti yhteen suuntaan kulkevia 5 lujite-elementtejä (5').
9. 8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että matriisimateriaali on kestomuovia, ja lämpökäsittely matriisimateriaalin 10 tilan muuttamiseksi käsittää matriisimateriaalin sulattamisen, muotoonsaattamisen ja jähmettämisen lämmön ja paineen avulla.
10. 9. Jonkin patenttivaatimuksista 1-7 mukainen menetel-15 mä, tunnettu siitä, että ainakin matriisimateriaali on hiilletettävää polymeeriä, kuten fenoli-, viskoosi-tai polyakryylinitriilikuituja tai -jauhetta, jolloin matriisimateriaalin muuttaminen käsittää polymeerin hiillettämisen sopivassa ympäristössä hiileksi. 20
11. 10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että neulekerros (5) käsittää neuleen muodostavasta langasta (1, 2) sivulle päin suuntautuvia kuituja (3), joihin matriisimateriaa-
12. 25 Iin (6) partikkelit, kuten kuidut kiinnitetään ennen matriisin käsittelyä. 17 85670