FI88892B - Apparatur foer impregnering av kontinuerliga fibrer med smaelt termoplast - Google Patents

Description

88892

Laitteisto jatkuvien kuitujen impregnoimiseksi sulalla kestomuovilla

Keksintö kohdistuu patenttivaatimuksen 1 johdanto-5 osassa esitettyyn laitteistoon jatkuvien kuitujen impregnoimiseksi sulalla kestomuovilla.

Tällainen laitteisto on tunnettu US-patentista 4,439,387. Laitteistossa muodostetaan jatkuvaa kom-10 posiittia saattamalla yksi tai useampi ekstruuderin ulostulopäähän ohjattava kuitukimppu kosketuksiin sulan kestomuovin kanssa. Kammiossa, jossa kuitukimppu tai kuitukimput joutuvat kosketuksiin kammion läpi vir-taavan kestomuovin kanssa, on kammion vastakkaisilla 15 seinämillä tietyllä tavalla muotoillut ohjauspinnat, jotka saavat kuitukimpun kulkemaan määrättyä rataa.

Keksinnön tarkoituksena on esittää laitteisto, jossa jatkuvien kuitujen impregnointi voidaan suorittaa 20 sulalla kestomuovilla siten, että kuitujen impreg- noitumista voidaan sekä parantaa että säätää tarvitsematta muuttaa esim. kuitujen kulkunopeutta. Lisäksi tarkoituksena on esittää laitteisto, jolla kuidut saadaan entistä paremmin impregnoitumaan kestomuovilla, 25 jonka korkea viskositeetti saattaa aiheuttaa vaikeuksia joissakin prosesseissa. Tämän toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle laitteistolle on pääasiassa tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen l tunnus-merkkiosassa. Keksintö lähtee siitä oivalluksesta, 30 että sulan kestomuovin läpivirtauskanavana toimivaan kammioon voidaan järjestää kahden tai useamman ohjaus-pinnan muodostama ryhmä. Ryhmä on asennettu siten, että ryhmässä olevien ohjauspintojen yksittäisten, kuitukimppuun kosketuksissa olevien pisteiden keski-35 näinen asema kuitukimpun kulkuradalla on muutettavissa. Tällöin voidaan esim. muuttaa kuitujen viipymäaikaa sulan muovin seassa, säätää kuitujen keskinäistä 2 88892 järjestystä kimpussa ja yleensäkin säätää impreg-noitumiseen vaikuttavia tekijöitä yksittäisiä oh-jauspintoja tai ryhmiä liikuttelemalla.

5 Oheisissa epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa 2- 13 on esitetty lisää edullisia keksinnön mukaisen laitteiston suoritusmuotoja. Elimet, jotka ohjaavat kuitukimppua, voivat olla teloja, jotka voivat pyöriä vapaasti tai pakotetusti ulkopuolelta, ne voivat olla 10 epäkeskisiä sekä käsittää uria kuitukimpun kuitujen ohjaamiseksi haluttuihin suuntiin. Rakenteellisesti yksinkertainen ratkaisu säädettävyyden kannalta saadaan järjestämällä ohjauspinnnat kuitukimpun pääkulkusuun-taan nähden poikittaisen akselin ympäri kierrettävään 15 rakenteeseen. Laitteistoon voidaan lisäksi liittää muita impregnointiin vaikuttavia tekijöitä, kuten lämmitys tai ultraäänivärähtely.

Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin viittaamalla 20 oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää laitteiston sijaintia impregnoin- tiprosessissa, 25 kuva 2 esittää laitteistoa halkileikkauksena, kuva 3 esittää laitteistoa poikkileikkauksena kuvan 2 linjaa III-III pitkin, 30 kuva 4 esittää yhtä ohjauspintaryhmää perspek tiivissä, kuva 5 esittää mahdollisia ohjauspintojen poik- k ile ikkausmuotoj a, kuva 6 havainnollistaa laitteiston värähtelyjär- jestelyjä, 35 3 88892 kuva 7 havainnollistaa vaihtoehtoisia värähtely- järjestelyjä, ja kuva 8 esittää ulostulosuuttimen seinämää pitkit- 5 täisleikkauksena.

Kuvassa 1 on esitetty sulaimpregnointilaitteisto, johon kuuluu keksinnön mukainen laitteisto. Kestomuovi syötetään kiinteänä, esim. rakeina ekstruuderiin E, 10 jossa se sulatetaan tietyn lämmitysohjelman puitteissa ja johdetaan ulostulopäässä keksinnön mukaisen laitteistoon I, johon johdetaan ulkoapäin kuitukimppu 2. Kestomuovi voi olla mitä tahansa komposiittiteknii-kassa tunnettua muovia ja kuidut voivat olla sopivia 15 tunnettuja jatkuvia lujitekuituja, esim. lasia. Kestomuovilla impregnoituneet kuidut tulevat laitteistosta I sopivan muotoilusuuttimen kautta ulos vesihauteeseen W. Laitteiston kammion sisällä sula muovi ympäröi yksittäiset kuidut. Muovin lopullinen jähmet-20 tyminen tapahtuu muoto ilusuutt imen jälkeen impregnoidun kuitukimpun tullessa ulos laitteistosta. Tuloksena on käytetyistä olosuhteista ja syötetyn muovin määrästä riippuen nauhamaista tai lankamaista tai jotain muuta jatkuvaa komposiittia, jossa kestomuovi muodostaa 25 matriisin ja kuidut lujitteen.

Kuitujen liikkuminen laitteiston I läpi saadaan aikaan vetämällä valmista tuotetta teloilla, jotka ovat sinänsä tunnettuja, ja joita ei ole tässä tarkemmin 30 esitetty. Laitteiston I jälkeen on lisäksi ohjauseli-miä, jotka ovat myös sinänsä tunnettuja ja niitä ei ole tässä myöskään esitetty tarkemmin.

Seuraavassa selostetaan lähemmin kuviin 2-5 viitaten 35 keksintöä ja sen eri vaihtoehtoja. Kuvassa 2 on esitetty kuvan 1 laitteisto I pitkittäisleikkauksena. Laitteisto käsittää pitkänomaisen kammion 1, jonka läpi katkoviivoilla esitetty kuitukimppu 2 kulkee 4 88892 vetolaitteiden vedon vaikutuksesta. Kuitukimpun pääasiallista kulkusuuntaa on merkitty nuolella F, ja se on sama kuin kammion pituussuunta. Sulan kestomuovin kulkusuunta on sama kuin kuitukimpun kulkusuunta F.

5

Kammiossa on suunnassa F peräkkäin useampia ryhmiä 4, joissa on kaksi tai useampi ohjauspinta 3 kuitukimpun ohjaamiseksi. Ryhmät on asennettu siten, että niitä voidaan liikutella, jolloin sitä rataa, jota kuitukimp-10 pu 2 kulkee kammiossa, voidaan muuttaa, eli sen pituutta ja muotoa voidaan muuttaa. Tämä saadaan aikaan sen ansiosta, että kuitukimppu 2 kulkee kontaktissa ainakin kahteen saman ryhmän ohjauspintaan 3, jolloin ryhmiä liikuttelemalla näiden pintojen keski-15 näinen asema myös muuttuu ja vaikuttaa kuitukimpun rataan.

Käytännössä yksinkertainen ratkaisu edellä mainitun ajatuksen toteuttamiseksi saadaan aikaan siten, että 20 ryhmä 4 on laakeroitu kammioon määrätyn, kuitukimpun pääkulkusuuntaa F kohtisuoran akselin B ympäri pyöritettäväksi (nuoli C) . Tällöin ryhmässä olevia ohjauspintoja 3 voidaan liikutella joko siten, että kuitukimppu ei ole kosketuksissa mihinkään ohjauspin-25 taan, se vain sivuaa ohjauspintoja kulkien suorana niiden välillä suunnan F suuntaisena, tai ohjauspinnat sijaitsevat siten, että ne aiheuttavat kuitukimpun rataan mutkan sen ansiosta, että ryhmän 4 pyöritys-suuntaan päin olevat pinnat ohjaavat kuitukimppua 30 rataa, joka on pintojen kautta kulkevan S:n muotoinen. Saman ryhmän ohjauspinnat on kiinnitetty kammion seinämään laakeroituun kappaleeseen eli laakerointiosaan 7.

Kuvassa 2 on esitetty kaikki kolme vaihtoehtoa peräk-35 käin. Siirtämällä esim. kaikki peräkkäiset ryhmät 4 oikealla olevan ryhmän asentoon, voidaan kuitukimpun i 5 88892 kulkemaa matkaa moninkertaistaa. Vastaavasti kaikki ryhmät voidaan kääntää asentoon, jossa kuitukimppu ei ole kosketuksissa yhteenkään ohjauspintaan 3.

5 Kuvassa 3 on esitetty laitteiston poikkileikkaus.

Nuolella D on kuvattu mahdollisuutta kiertää ryhmiä 4 toisistaan riippumatta pääkulkusuunnan F suuntaisen pitkittäisakselin ympäri. Tällöin laitteistoon voi olla muodostettu peräkkäisiä em. akselin ympäri 10 kierrettäviä lohkoja, jotka muodostavat kammion ulkoseinämät ja joihin em. ryhmät 4 on puolestaan laakeroitu kappaleiden 7 välityksellä. Tällaisia perättäisiä lohkoja on merkitty viitenumerolla 6 kuvassa 2. Kammio voi olla kokonaisuudessaan muodostet-15 tu tällaisista toistensa suhteen kierrettävistä lohkoista, jolloin laitteisto tällä alueella on lieriön muotoinen osalieriöiden muodostaessa mainitut lohkot. Ryhmien 4 kiertämisellä voidaan vaikuttaa kuitukimpun yksittäisten kuitujen sekoittumiseen keskenään tai 20 kuitukimpun yksittäisten kuitujen liikkeeseen, mikä edesauttaa impregnoitumista.

Kuvassa 2 esitetyissä ryhmissä on kaksi ohjauspintaa sijaiten symmetrisesti kammion seinämään laakeroidun 25 pyöreän laakerointikappaleen 7 suhteen. Luonnollisesti on mahdollista käyttää useampia ohjauspintoja samassa ryhmässä, ja kuvassa 4 on esitetty perspektiivissä se ryhmä, jossa käytetään kolmea ohjauspintaa. Lisäksi kuvassa on esitetty mahdollisuus järjestää ohjauspin-30 töihin uria 3a kuitukimpun ohjaamiseksi esim. sivut- taissuunnassa. Kuvan 4 ohjauspinnat muodostuvat poikkileikkaukseltaan ympyränmuotoisen pitkänomaisen elimen 5 vaippapinnasta. Elimet 5 on kiinnitetty molemmista päistään pyöreään laakerointiosaan 7, joka on 35 järjestetty akselin B ympäri kierrettäväksi kammion 1 seinämään edellä esitetyn säädön aikaan saamiseksi. Lisäksi elimet 5 voivat olla runkokappaleisiin akselin A ympäri pyöriviksi järjestettyjä teloja, jotka voivat 6 88892 pyöriä vapaasti tai niitä voidaan pyörittää halutulla tavalla ulkopuolelta, jolloin samalla kun telojen keskinäistä asemaa voidaan muuttaa kappaletta liikuttelemalla, kimpun kireyteen voidaan vaikuttaa järjes-5 tämällä telojen kehänopeuksien välille sopiva ero.

Keksinnön piiriin kuuluu myös rakenne, jossa ohjauspin-tojen yksittäisten, kuitukimppuun kosketuksissa olevien pisteiden keskinäinen asema saadaan muuttumaan kammion 10 seinämään kiinnitettyjen elinten pyörimisliikkeen ansiosta. Näiden edellämainittujen telojen keskinäinen asema, ts. akseleiden välinen asema voi olla tällöin vakio, ja telat muodostavat elimet 5 voivat tällöin olla kiinnitetyt suoraan kammion 1 tai lohkon 6 15 runkoon. Kuitukimppu saadaan tällöin elämään radalla olevien ohjauspintojen yksittäisten pisteiden keskinäisen aseman muuttuessa telojen kehänopeuksien eron ja/tai epäkeskisen muodon ansiosta.

20 Kuvassa 5 on esitetty vielä vaihtoehtoisia elinten 5 rakenteita. Ylempänä on esitetty kuvan 4 kaltainen poikkileikkaukseltaan pyöreä elin, ja alempana on akselin A ympäri myös pyöriväksi järjestetty elin, jolla on kuitenkin epäkeskinäinen muoto akselin A 25 suhteen. Järjestettäessä elin pyöriväksi akselin A ympäri sen pinta 3, joka tulee kosketuksiin kuitukim-pun kanssa, aiheuttaa kuitukimppuun värähtelyjä epäkeskisyyden ansiosta.

30 Edellä on esitetty lukuisia tapoja vaikuttaa kuitukimppuun sulaimpregnoinnissa laitteistossa, jossa aikaisemmin on tyydytty ainoastaan passiivisesti ohjaamaan kuitukimppua vetämällä sitä kammion läpi. Kuten edellä on mainittu, keksinnöllä ja sen eri vaihtoehdoilla 35 voidaan kuitukimpun kulkumatkaa ja -rataa sekä yksittäisten kuitujen suuntautumista muuttaa. Kuitukimppu saadaaan tällä lailla "elämään" ja näin voidaan sulan 7 B 8 8 9 2 muovin tunkeutumista kuitujen sekaan säätää ja parantaa. Eräs lisämahdollisuus prosessiin vaikuttamiseksi on järjestää ohjauspinnat 3, esim. elimet 5 lämmitettäviksi. Lisäksi on mahdollista järjestää joku tai 5 jotkut pinnoista 3 värähtelemään, esim. ultraääni-taajuudella.

Kuvissa 6 ja 7 on esitetty tapoja saada kuitukimppu 2 värähtelemään. Kuvassa 6 värähtelyakselina toimii 10 yhden ryhmän 4 tilalla oleva suurihalkaisijäinen tela 5M (nuoli G) . Kuitukimppu ohjautuu tällaisen telan kehää pitkin. Myös muita teloja, esim. kuvissa 4 ja 5 esitettyjä teloja 5 voidaan järjestää värähtelyak-seleiksi. Kuvassa 7 on esitetty mahdollisuus järjestää 15 osa kammion rungosta, esim. yksi peräkkäisistä lohkoista 6 värähtelemään ultraäänitaajuudella (nuoli H) . Myös koko runko voidaan järjestää värähtelemään.

Kuvassa 8 on esitetty laitteiston loppupäässä oleva 20 muotoilusuutin, josta tuote tulee ulos. Suuttimen seinämässä olevan, kuitukimpun 2 kulkusuuntaan nähden poikittain siirrettävän palan 8 avulla voidaan portaattomasti säätää ajon aikana suuttimen poikkipinta-alaa ja sen seurauksena lopullisen tuotteen kuitu-matriisi-2 5 suhdetta.

Kuten edellä on mainittu, keksintö soveltuu minkä tahansa tunnetun lujitemateriaalin impregnoimiseksi millä tahansa tunnetulla, sulassa muodossa olevalla 30 kestomuovilla. Keksintö soveltuu sekä tuotanto- että tutkimuskäyttöön. Käytännössä prosessi on helppo toteuttaa, eivätkä lisärakenteet aiheuta vaikeuksia prosessiin. Kuitukimppu voidaan alussa pujottaa esim. ryhmien 4 ollessa kuvan 2 vasemmanpuolimmeisen ryhmän 35 esittämässä asennossa, jolloin kuitukimppu kulkee ryhmän läpi koskettamatta ohjauspintoja. Kun kuitukimppu on saatu vietyä kammion 1 läpi, voidaan eri ryhmät 8 88892 4 säätää haluttuihin asentoihin, minkä lisäksi säätöjä voidaan suorittaa myös ajon aikana.

Laitteisto voidaan erityisjärjestelyin asentaa suoraan 5 kelauspääksi kuitukelauslaitteistoon.

Claims (13)

1. Laitteisto (I) jatkuvien kuitujen impregnoimiseksi 5 sulalla kestomuovilla, jossa laitteistossa on kammio (1) sen läpi kulkevan kuitukimpun (2) saattamiseksi kosketuksiin sulan kestomuovin kanssa sekä kammiossa olevat ohjauspinnat (3) kuitukimpun saattamiseksi kulkemaan määrättyä rataa, tunnettu siitä, että 10 kammiossa (1) on yksi tai useampi kahden tai useamman ohjauspinnan (3) muodostama ryhmä (4), jotka on asennettu siten, että ryhmässä olevien ohjauspintojen (3) yksittäisten, kuitukimppuun kosketuksissa olevien ja sen kulkuradan taitekohdat määräävien pisteiden 15 keskinäinen asema kuitukimpun (2) kulkuradalla on muutettavissa impregnointiprosessin aikana.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että ohjauspinnat (3) muodostuvat 20 kuitukimpun pääkulkusuunnan (F) suhteen poikittaisen akselin (A) ympäri pyöriviksi järjestettyjen telojen tai vastaavien (5) vaippapinnoista.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laitteisto, 25 tunnettu siitä, että yksi tai useampi tela tai vastaavat (5) on järjestetty pyörimään vapaasti.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että yksi tai useampi tela tai 30 vastaava (5) on järjestetty pyörimään pakotetusti ulkopuolelta.

5. Jonkin patenttivaatimuksien 2-4 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että ainakin jonkin 35 telan tai vastaavan (5) vaippapinnan etäisyys pyörimisakselista (A) vaihtelee. 10 88892

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-5 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että ohjauspin-toihin on järjestetty uria (3a) kuitukimpun (2) ohjaamiseksi. 5

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että yksi tai useampi ohjauspintaryhmä (4) on järjestetty kierrettäväksi (C) kuitukimpun (2) pääkulkusuuntaa (F) vastaan 10 poikittaisen akselin (B) ympäri.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että yksi tai useampi ohjauspintaryhmä on järjestetty kierrettäväksi 15 (D) kuitukimpun (2) pääkulkusuunnan (F) suuntaisen akselin ympäri.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että ainakin 20 yksi ohjauspinta (3) on järjestetty lämmitettäviksi.

9 88892

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-9 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että ainakin yksi ohjauspinta (3) on järjestetty värähtelemään, 25 edullisesti ultraäänitaajuudella.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että pinnan värähtely on saatu aikaan järjestämällä yksi tai useampi ohjauspinnan 30 muodostava, poikittain kuitukimpun (2) kulkusuunnassa (F) sijaitseva pitkänomainen elin (5, 5M) värähtelyak-seliksi (G).

12. Patenttivaatimuksen 10 mukainen laitteisto, 35 tunnettu siitä, että osa (6) kammion (1) rungosta tai koko runko on järjestetty värähtelemään (H). il 88892

13. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kuiturmatriisi- suhteen säätämiseksi impregnoitujen kuitujen ulos-5 tulosuuttimen poikkipinta-ala on järjestetty muutettavaksi esimerkiksi suuttimen seinämään järjestetyn siirrettävän palan (8) avulla. 12 88892 Patentkrav;