FI96751C - Sähköä johtava kuitukangashartsi-yhdistelmätuote ja menetelmä sen valmistamiseksi - Google Patents

Description

96751 Sähköä johtava kuitukangashartsi-yhdistelmätuote ja menetelmä sen valmistamiseksi Tämä keksintö koskee kuituvahvisteisesta hartsista 5 (jäljempänä käytetään toisinaan nimitystä FRP) valettua tuotetta, joka sisältää sähköä johtavan kuitukangas-hart-sikomposIittiä olevan pintakerroksen ja jolla on sähkömagneettisia aaltoja tasaisesti heijastavat ja niiltä suojaavat ominaisuudet; ja menetelmää niiden valmistamiseksi. 10 Tämän keksinnön mukaisesti aikaansaadaan Valettuja FRP-tuotteitä, jotka ovat käyttökelpoisia esimerkiksi heijastimina antenneille, joilla vastaanotetaan tai lähetetään sähkömagneettisia aaltoja, sekä menetelmä tuotteiden valmistamiseksi tehokkaasti tuottamatta huomattavia määriä 15 huonolaatuisia tuotteita.

Tähän saakka FRP-tuotteiden tms. varustamiseksi sähkömagneettisia aaltoja heijastavilla ja/tai niiltä suo-jaavilla ominaisuuksilla on suoritettu (a) sähköä johtavien maalien levitys FRP-esineiden pinnal-20 le tai metallisten materiaalien levitys niille liekkiruis- kutuksella, kemiallisella pinnoituksella, höyrykerrostuk-sella, sputteroinnilla tai ionipinnoituksella; tai (b) metallisten täyteaineiden, lyhyiden metallikuitujen, metallinauhojen, metallifolioiden, metallihiutaleiden tms.

25 liittäminen FRP-materiaaleihin, ja sitten saatujen mate riaalien valaminen jne. Näillä menetelmillä oli kuitenkin ongelmia suorituskyvyn, stabiilisuuden, kestävyyden, hinnan ja/tai valuprosessoitavuuden suhteen ja näin ollen ne eivät olleet käytännöllisiä.

30 Tapauksessa, jossa sähköä johtavia lyhyitä kuituja lisättiin FRP-hartseihin ja saadut materiaalit valettiin puristimessa, kuidut orientoituivat tai dispergoituivat epätasaisesti. Näin ollen tällainen menetelmä vaati hyvin suuria määriä kuituja ja hartseja ja johti saadun tuotteen 35 epästabiileihin suorituskykyihin ja korkeisiin kustannuk- 2 96751 siin. Ruiskuvalu oli vielä epätyydyttävämpää. Toisaalta tapauksessa, jossa sähköä johtavaa kuitukangasta käytettiin lyhyiden kuitujen sijasta ja valettiin puristimessa yhteen aluskerroksen kanssa, kuitukangas liikkui ja dis-5 pergoitui epätasaisesti ja sitäpaitsi murtui epäonnistuen oleellisesti käytännön valussa. Kun käytetään käsilevitys-valumenetelmää puristinvalumenetelmän sijasta, kutistuminen aiheuttaa aaltomaisuutta kovetettaessa FRP, mikä vääntää saatua valettua esinettä. Näin ollen käsilevitysmene-10 telmä ei ole käytännöllinen tuotteen pinnan tarkkuuden ja työstettävyyden kannalta.

Tämän keksinnön tekijät ehdottivat valettua esinettä, jolla on sähkömagneettisia aaltoja heijastavat ja niiltä suojaavat ominaisuudet ja menetelmää niiden valmis-15 tamiseksi, jossa asetettiin sähköä johtavan kuitukangas-kerroksen ja FRP-aluskerroksen väliin kuitukangaskerros ja ahtopuristettiin saadut kerrokset käyttäen nestemäistä hartsiseosta FRP-materiaalille (esim. amerikkalainen patentti US-4554204 tai EP-A 0109016). Tämän menetelmän mu-20 kaisesti voidaan saada valettu esine, jolla on sähkömagneettisia aaltoja heijastavat ja niiltä suojaavat ominaisuudet, jotka ovat jossain määrin käytännössä tyydyttävät. Ankarasti ottaen kuitenkin teolliselta ja kaupalliselta kannalta katsoen jäävät yhä jäljelle seuraavat pääongel-25 mat. Nimittäin (a) koska sähköä johtavaa kuitukangaspintakerrosta käytetään sähkömagneettisten aaltojen heijastamiseen tasaisesti ja niiltä suojaamiseen, useita kuplia muodostuu pintakerroksen ja muotin pinnan väliselle rajapinnalle (nimittäin 30 kuitukangaskerroksen valupinnalle) ja huomattavia määriä kuplia muodostuu myös kuitukangaskerrokseen samoin kuin välissä olevaan kudottuun kangaskerrokseen. Näin ollen saadun valetun esineen kaupallinen arvo laskee johtuen sen huonosta ulkonäöstä ja toisinaan sen suorituskyky heikke-35 nee.

3 96751 (b) Tämän keksinnön tekijät ovat todenneet, että edellä mainittua kuplien muodostusta voidaan käytännössä vähentää lisäämällä käytetyn hartsin määrää. Suuren hartsimäärän käyttö aiheuttaa kuitenkin muodonmuutosta ja jännitystä 5 valukutistumasta johtuen silloinkin, kun lisätään kesto-muovihartsia, jolla on pieni kutistumakerroin, mikä johtaa yhtenäisen heijastustarkkuuden, kuten antennien jne. suorituskyvyn alenemiseen. Sitäpaitsi, koska suuri määrä hartsia kulkee kuitukankaan läpi valun aikana, kuitukangas 10 pyrkii menemään epäjärjestykseen huonontaen valetun tuotteen heijastus- ja suojausominaisuuksia.

(c) Jos nestemäisellä hartsiseoksella etukäteen kyllästettyä materiaalia käytetään kuitukangaskerrokseen pääasiassa liikkuvan hartsimäärän pienentämiseksi edellä mainitussa 15 vaiheessa (b), hartsi tarttuu kuumennetun muotin pintaan, kun materiaali asetetaan muotille. Näin ollen sanotun materiaalin asettamisen säätö tulee vaikeaksi. Lisäksi jos tarvitaan pitkä aika asettamisen säätöön, nestemäinen hartsiseos esigeeliytyy aiheuttaen kovettumisen epätasai-20 suutta, jolloin käy vaikeaksi muodostaa tasaisesti heijastavia ja suojaavia pintoja ahtopuristuksella.

Tämän keksinnön päätarkoituksena on saada aikaan Valettu FRP-tuote, jolla on sähkömagneettisia aaltoja tasaisesti heijastavat ja niiltä suojaavat ominaisuudet ja - 25 saada aikaan menetelmä niiden valmistamiseksi siten, että edellä mainitut ongelmat oleellisesti poistetaan. Tämän keksinnön tekijät kiinnittivät huomiota pintakerroksena käytetyn kuitukangaskerroksen, jota ei ole kyllästetty nestemäisellä hartsiseoksella, nestemäisen kertamuovihart-30 sin ja ahtopuristuksen olosuhteiden yhdistettyihin edellytyksiin. Edellä mainitut erilaiset ongelmat on ratkaistu tehokkaasti luopumatta näistä edullisista edellytyksistä tämän keksinnön avulla, jolle on luonteenomaista, että saadut valumateriaalit saatetaan muotissa paineenpoistokä-35 sittelyyn korkeintaan 48 kPa:n alipaineessa; ja sen jäi- 96751 4 keen valumateriaalit saatetaan ahtopuristukseen alipainetta vapauttamatta.

Näin ollen tämän keksinnön mukaisesti aikaansaadaan menetelmä kuituhartsikomposiittia olevan valetun 5 tuotteen valmistamiseksi, jolla on sähkömagneettisia aaltoja oleellisen tasaisesti heijastavat ja niiltä suojaavat ominaisuudet, jossa menetelmässä asetetaan ahtopuristukseen tarkoitetulle muotille, jolla on haluttu valupinta, tehokas määrä sähköä johtavaa kuitukangasta pintakerrosta 10 varten, välikerrosta varten tarkoitettua kudottua kangasta kuitukankaan viereen ja aluskerrokseen tarkoitettua valu-materiaalia, joka sisältää vähintään yhtä nestemäistä hartsimateriaalia ja lujittavaa kuitua; ja saatetaan valumateriaalit ahtopuristukseen; ja jossa menetelmässä kui-15 tukankaasta ja kudotusta kankaasta ainakaan kuitukangasta ei ole kyllästetty nestemäisellä hartsimateriaalilla; jolle menetelmälle on tunnusomaista, että saadut valumateriaalit saatetaan muotissa paineenpoistokäsittelyyn korkeintaan 48 kPa:n alipaineessa; ja sen jälkeen valumateriaalit 20 saatetaan ahtopuristukseen alipainetta vapauttamatta.

Näin ollen tämän keksinnön mukaisesti aikaansaadaan myös sähkömagneettisille aalloille tarkoitettu, kuitulu-jitteisesta hartsista valettu tuote, jolla on sähkömagneettisia aaltoja tasaisesti heijastavat ja niiltä suojaa-25 vat ominaisuudet VHF-EHF-alueella, joka tuote koostuu ah-topuristetusta, kovetetusta laminoidusta rakenteesta, jolla on tasomainen tai kaareva heijastuspinta, ja joka muodostuu oleellisesti pintakerroksesta, välikerroksesta ja aluskerroksesta; joka pintakerros on sähköä johtava kui-30 tukankaan ja kovetetun hartsin komposiittikerros, jonka • tehokas kerrospaksuus on vähintään noin 0,005 mm; joka vä likerros on kudotun kankaan ja kovetetun hartsin komposiittikerros, jonka tehokas kerrospaksuus on vähintään noin 0,005 mm; joka aluskerros on kuitumateriaalilla lu-35 jitettu hartsikerros, jolle on luonteenomaista, että 5 96751 valettu tuote sisältää korkeintaan noin 90 paino-% kovetettua hartsikomponenttia laskettuna vastaavan tavanomaisen ahtopuristetun tunnetun tekniikan EP-A 0109016 mukaisen tuotteen hartsikomponentista, jolloin 5 valetun tuotteen valujännitys ja muodonmuutos pienenevät oleellisesti; ja kuitukankaan ja kovetetun hartsin komposiittipintakerros karkottaa oleellisesti kuplat pintakerroksen päältä ja sisältä, jolloin valetun tuotteen ulkonäkö ja suorituskyky paranevat.

10 Edellä kuvatussa menetelmässä valettu tuote, jolla on koriste/suojapintakerros, voidaan helposti saada levittämällä hartsimateriaalia, joka koostuu esimerkiksi polyester ihartsista, akryylihartsista tai uretaanihartsista, kiinteän hartsikerroksen muodostamiseksi muotin valupin-15 nalle ennen valumateriaalien asettamista sen päälle ja suorittamalla sitten ahtopuristus. Satunnaisesti on myös mahdollista levittää hartsipintakerros sähköä johtavalle kuitukangaskerrokselle valun jälkeen.

Edellä mainittu paineenpoistokäsittelyvaihe ei ole 20 erityisen rajoitettu ja se voidaan toteuttaa valinnaisella tavalla sikäli, kuin nestemäinen hartsimateriaali ei valu pois ja geeliydy kuitukangaskerroksen pinnan ja lämmitetyn muotin väliin ennen ahtopuristusvaihetta. Edellä mainittu kohta "sen jälkeen valumateriaalit saatetaan ah-25 topuristukseen” tarkoittaa nimittäin, että on toivottavaa suorittaa ahtopuristus ennen kuin tämä nestemäisen hartsi-materiaalin geeliytyminen tapahtuu ja edullisesti pian sen jälkeen, kun ennalta määrätty alipaine on saavutettu. Esimerkiksi käytettäessä kuvassa 3 esitettyä muottia paineen-30 poistokäsittely voidaan suorittaa sulkemalla muotti löysästi tavalla, joka sulkee muotin ja ylläpitää ilman lä-päisevyyttä/nesteen läpäisevyyttä laminoitujen materiaalien läpi, ja yhdistämällä muotissa oleva tyhjöputki va-lusysteemin ulkopuolella olevaan alipainesäiliöön suunni 1-35 leen muutamasta sekunnista hiukan yli kymmeneen sekuntiin.

96751 6 Välittömästi tämän jälkeen laminoidut materiaalit voidaan saattaa ahtopuristusvaiheeseen, kuten puristusvaluun.

Kuva 1 on poikkileikkausosakuvanto valetusta tuotteesta A, jossa on tämän keksinnön mukainen sähköä johtava 5 pintakerros.

Kuva 2 on poikkileikkausosakuvanto valetusta tuotteesta B, joka varustettiin lisäksi kuvassa 1 esitetyn valetun tuotteen A pinnalla olevalla suojakerroksella.

Kuva 3 on osittain poikkileikkauksena esitetty kaa-10 vamainen kuvanto, joka esittää muottia, joka on varustettu vakuumipaineenpoistolaitteistolla.

Tämän keksinnön mukaiset odottamattomat vaikutukset saavutetaan käyttämällä hartsimateriaalia edullisesti pienempi määrä kuin mitä tavanomaisesti käytetään tällaiseen 15 valettuun tuotteeseen, heijastuspinnan valujännityksestä johtuvan muodonmuutoksen estämiseksi ja myös kuplien muodostuksen estämiseksi oleellisesti kuitukangaskerroksen pinnalla ja sisällä, jolloin muodostuu valettu tuote, jolla on erinomainen suorituskyky ja ulkonäkö. Nämä vaikutuk-20 set, vaikkei niitä ole täysin selvitetty, uskotaan saavutettavan yhteisvaikutuksilla, jotka koostuvat olennaisesti vaikutuksesta, kun poistetaan kertamuovihartsista valetun tuotteen valujännitysten muodostumismahdollisuudet ja kuitukankaan hartsin virtauksesta aiheutunut järjestäytymätön 25 jakautuminen oleellisiltä osin, käyttämällä suhteellisen pientä määrää hartsia ja muodostamalla edellä mainittu kolmikerroksinen FRP-rakenne; ja vaikutuksesta kun esitetään oleellisesti kuplien muodostuminen, joita pyrkii muodostumaan heijastavalle pinnalle ja kuitukangaskerroksen 30 sisään, käyttämällä vähintään yhtä kuitukangasmateriaalia, jota ei ole kyllästetty nestemäisellä hartsiseoksella, ja saattamalla valumateriaalit paineenpoistokäsittelyvaihee-seen välittömästi ennen ahtopuristusvaihetta. Välissä oleva kudottu kangaskerros johtaa nestemäisen hartsikomponen-35 tin virtaamaan kankaassa olevien välitilojen läpi, minkä vaikutuksesta estetään kuitukankaan epätasainen jakautumi- 7 96751 nen, järjestäytymätön sijoittuminen ja murtuminen, jotka nestemäisen hartsiseoksen virtaus aiheuttaa. Lisäksi koska kuitukangasta, jota ei ole kyllästetty nestemäisellä hart-siseoksella, käytetään ainakin sähköä johtavaan kuitukan-5 gaskerrokseen tässä keksinnössä, saatu valettu tuote sisältää yleensä pienemmän määrän hartsikomponenttia kuin on vastaavissa tavanomaisissa tuotteissa; ja ahtopuristus voidaan suorittaa käyttäen suhteellisesti vähemmän nestemäistä hartsiseosta kuin tavanomaisissa menetelmissä, kos-10 ka nestemäisen hartsiseoksen virtausta parannetaan pai- neenpoistokäsittelyllä ennen ahtopuristusta. Saadaan myös aikaan se, että hartsikomponentin kovetusvalun aiheuttama valujännitys yms. vähenee suuresti. Näin ollen voidaan saada valettu tuote, jolla on samanlainen tai parantunut 15 suorituskyky käyttämällä suhteellisesti vähemmän hartsi- komponenttia (yleensä korkeintaan noin 90 %, esimerkiksi noin 70 paino-% tavanomaisissa valutuotteissa käytetystä hartsikomponentista). Niinikään tämän keksinnön mukaiset valutuotteet ovat erittäin edullisia dimensiostabiilisuu-20 den, muodonmuutoksen jne. suhteen.

Tässä käytetty sanonta "valettu tuote, jolla on sähkömagneettisia aaltoja tasaisesti heijastavat ja niiltä suojaavat ominaisuudet" tarkoittaa, että valetulla tuotteella on oleellisesti sileä sähkömagneettisia aaltoja 25 heijastava pinta, sillä on sähkömagneettisia aaltoja säännöllisesti heijastava ominaisuus ennalta määrättyyn suuntaan ilman, että se muodostaa aaltojen vaihe-eroa, kuten vaihejättämää, ja sillä on myös ominaisuus, että se estää sähkömagneettisten aaltojen tunkeutumisen lävitseen ilman 30 aaltojen epäsäännöllistä heijastusta. Näin ollen tämän keksinnön mukaista valettua tuotetta voidaan edullisesti käyttää käyttämällä hyväksi sen tasaisen heijastuksen ominaisuutta kaarevana tai tasomaisena sähkömagneettisten aaltojen heijastuskalvona tai -levynä, kuten heijastusan-35 tenneissa, samoin kuin tasomaisena tai kaarevana suojakal- 96751 8 vona tai -levynä, joka ei aiheuta sähkömagneettisten aaltojen epäsäännöllistä heijastusta epämieluisaan suuntaan. Kyseessä olevat valetut tuotteet ovat käyttökelpoisia sähkömagneettisille aalloille VHFEHF-alueella ja erityisen 5 hyödyllisiä sähkömagneettisille aalloille, joiden aallonpituus on noin 100 MHz noin 100 6Hz, mutta niitä ei ole aina rajoitettu tälle aallonpituudelle.

Edellä mainittu sähköä johtava kuitukangas tarkoittaa yleensä epäorgaanisten, metallisten tai orgaanisten 10 kuitujen muodostamaa kuitukangasta, jonka sähkönjohtavuus on vähintään noin 1 x 10 ohm^.cm"1, edullisesti vähintään noin 1 x 102 ohm^.cnf1 ja vielä edullisemmin vähintään 1 x 103 ohm'^cm'1. Kuitukankaan kuituja ovat esimerkiksi metal-likuidut, hiilikuidut, epäorgaaniset tai orgaaniset kui-15 dut, joiden pinta on täysin tai osittain päällystetty metallilla (esim. noin 5-50 paino-%:n määrällä metallia), sähköä johtavat synteettiset kuidut ja niiden seokset, joita on yleisesti kaupallisesti saatavana. Esimerkiksi metallipäällysteisiä lasikuituja on edullista käyttää. 20 Sähköä johtavien kuitujen halkaisija on edullisesti niin pieni kuin sähkömagneettisten aaltojen heijastus- ja suo-jaussuorituskyvyn kannalta on mahdollista ja yleensä niiden halkaisija on alle noin 30 mikronia. Yllä mainitusta metallista on esimerkkinä alumiini, nikkeli, hopea, kupa-: 25 ri, sinkki ja näiden lejeeringit yms. Satunnaisesti kuitu kangas voi sisältää joitakin sähköä johtamattomia kuituja, ellei sähkönjohtavuus oleellisesti huonone.

Käytettävän sähköä johtavan kuitukankaan määrän tulee olla niin tiivis, että se takaa sähkömagneettisten 30 aaltojen heijastumisen ja estää niiden tunkeutumisen lävitseen. Kuitukangas-hartsikomposiittikerroksella tulee olla vähintään noin 0,005 mm:n tehollinen kerrospaksuus. Käytettävän paksuuden yläraja ei ole erityisen rajoitettu, mutta suurempi määrä on epätaloudellinen. Koska kuitukan-35 gaskerrosta ei ole kyllästetty nestemäisellä hartsiseok- 9 96751 sella etukäteen, käytettävä kuitukankaan määrä on sellainen, että hartsiseos voi tunkeutua kankaaseen tyydyttävästi ahtopuristuksen kuluessa. Näin ollen kuitukangas-hart-sikomposiittikerroksen paksuus on yleensä välillä noin 5 0,005 - 1 mm ja tyypillisesti välillä noin 0,01 - 0,2 mm.

Tässä yhteydessä käytettävien kuitukangasmateriaalien paksuus on suunnilleen välillä noin 0,01 - 3 mm. Tämä paksuus vastaa noin 25 - 900 g/m2 ja edullisesti noin 50 - 300 g/m2, kun kyseessä on metallipäällysteinen lasikuitukangas, 10 ja noin 25 - 400 g/m2 ja edullisesti noin 30 - 200 g/m2, kun kyseessä on hiilikuitukangas. Näistä käytetään tässä nimitystä tehokas kerrospaksuus ja tehokas määrä kuitukangasta, samassa järjestyksessä.

Välikerrokseen tarkoitetun kudotun kankaan tehtävä-15 nä on säätää nestemäisen hartsiseoksen virtausta kuitukan-gaskerrokseen ahtopuristuksen kuluessa, jotta estettäisiin kuitukankaan epätasainen dispergoituminen, aaltomaisuus ja/tai murtuminen. Toisin sanoen kudotun kankaan tehtävänä on säätää hartsiseoksen virtausta sellaisessa suunnassa, 20 että nestemäinen seos kulkee kudotun kankaan välitilojen läpi, ja.estää nestemäistä seosta virtaamasta oleellisesti sivusuunnassa pitkin kudottua kangasta. Näin ollen vaaditaan, että kudotulla kankaalla on sellainen paksuus (valettu paksuus vähintään noin 0,005 mm) ja lujuus (esim. 25 vetolujuus vähintään noin 160 N/2,5 cm), että se säätää yllä mainittua nestemäisen hartsiseoksen virtausta. On toivottavaa, että kudotun kankaan välitilojen mesh-koko on alle noin 4 mm (5 mesh), tavallisesti alle noin 2,0 mm (10 mesh) ja edullisesti alle noin 1,2 mm (16 mesh). Mesh-koko 30 ei kuitenkaan saa olla niin pieni, että se estää nestemäisen seoksen virtausta. Lisäksi kudotulla kankaalla tulee edullisesti olla jonkin verran taipuisuutta niin, että se voi puristaa kuitukangasta tasaisesti. Kudottujen kangas-materiaalien paksuus on suunnilleen välillä noin 0,01 - 2 35 mm. Tämä paksuus vastaa yleensä noin 25 - 400 g/m2 (edulli- 96751 10 sestl noin 60 - 200 g/m2), kun kyseessä ovat tavalliset kudotut kankaat. Näistä käytetään tässä nimitystä kudotun kankaan tehokas paksuus ja sen tehokas määrä, samassa järjestyksessä.

5 Edellä mainittuun aluskerrokseen voidaan käyttää epäorgaanista, orgaanista tai metallista ainetta olevia lujittavia kuitumateriaaleja sekoitettuna tai kyllästettynä nestemäisellä kertamuovihartsiseoksella. Kuitumateriaalit voivat olla lyhyiden kuitujen, kuohkeiden kuitujen 10 kuitukankaiden, kudottujen kankaiden ja niiden seosten muodossa. Halpoja lyhyitä kuituja voidaan yleensä käyttää tyydyttävin tuloksin. Normaalisti niin kutsuttua levypu-ristussekoitetta tai massapuristussekoitetta (jäljempänä käytetään lyhennettä SMC tai BMC) voidaan edullisesti 15 käyttää. Käytettävä kuitumateriaalin määrä, joka sisältää nestemäisen hartsiseoksen, on sellainen, että se aikaansaa kyseessä olevalle valutuotteelle tyydyttävän lujuuden ja sallii kuitumateriaaliin sekoitetun tai siihen imeytetyn hartsiseoksen tunkeutumisen riittävästi kuitukankaaseen 20 valun aikana. Sen määrä on sellainen, että aluskerroksen valetuksi paksuudeksi saadaan vähintään noin 1-10 mm, mutta sitä ei ole rajoitettu tälle alueelle.

Tässä keksinnössä käytettävä kertamuovihartsi tarkoittaa hartsikomponenttia, joka voi muodostaa kovetetun 25 hartsin kohdistettaessa siihen lämpöä (esim. noin 80 -200 °C), lisäämällä siihen katalyyttiä (esim. radikaalipo-lymerointikatalyyttejä jne.) ja/tai kohdistamalla siihen suurenergistä ionisoivaa säteilyä (esim. gammasäteitä, elektronisäteitä jne.). Hartseja ovat 30 (i) etyleenisesti tyydyttämätön hartsi, joka sisältää useita etyleenisiä kaksoissidoksia ja joka on oleellisesti liukoinen etyleenisesti tyydyttämättömään monomeeriin, (ii) additio-polymeroituva multifunktionaalinen hartsi ja yhdiste additiopolymerointia varten, kuten happoanhydri-35 dit, alkoholit, amiinit tai merkaptaanit yms.

11 96751

Yllä mainittuja etyleenisesti tyydyttämättömiä hartseja ovat esimerkiksi tyydyttämättömät polyesterihart-sit, allyylihartsit, kuten diallyyliftalaattipolymeerit, riippuva ryhmä-tyyppiset tyydyttämättömät hartsit, kuten 5 vinyyliesterihartsit, niiden johdannaishartsit ja niiden seokset. Reaktiivisia tyydyttämättömiä monomeereja, jotka oleellisesti liuottavat nämä hartsit, ovat esimerkiksi vinyylimonomeerit, kuten styreenimonomeerit, akryylinit-riili, vinyyliasetaatti ja akryylimonomeerit, allyylimono-10 meerit, kuten diallyyliftalaatti; näiden johdannaiset ja seokset. Käytettävä hartsien suhde monomeereihin on yleensä välillä noin 80/20 - 40/60 painosta laskettuna.

Additiopolymeroituvia multi funktionaalisia hartseja ovat esimerkiksi epoksihartsit, kuten glysidyyliepoksidi-15 hartsit, joita käytetään yhdessä oleellisesti stökiömetri-sen määrän kanssa additiopolymerointiin tarkoitettua yhdistettä, kuten happoanhydridejä.

Alaan perehtyneet voivat helposti valita yllä mainitut ristisilloitus-kovettuvat hartsit, polymerointika-20 talyytit, polymerointikiihdyttäjät, additiopolymerointiin tarkoitetut yhdisteet, säteilytykset yms. Ahtopuristukseen käytetty aika on yleensä noin 3-20 minuuttia.

Dimensiostabiilisuus yms ovat erityisen tärkeitä kyseiselle valutuotteelle. Tämän keksinnön mukaisesti 25 hartsin määrää voidaan suhteellisesti pienentää verrattuna vastaavaan tavanomaiseen menetelmään ja näin ollen valu-jännitystä, dimensiostabiilisuutta yms. voidaan suuresti parantaa. On kuitenkin edullista käyttää kestomuovihartsia liuoksen tai suspension muodossa kutistumista estävänä ai-30 neena sekoitettuna kertamuovihartsiin. Nestemäisen kesto- muovihartsin ja nestemäisen kertamuovihartsin välinen painosuhde on yleensä noin 35/65 - 5/95, mutta sitä ei ole erityisesti rajoitettu tälle alueelle. Näitä kestomuovi-hartseja käytetään normaalisti liuoksen tai suspension 35 muodossa etyleenisesti tyydyttämättömässä monomeerissa, kuten vinyylimonomeerissa.

12 96751 Tämän keksinnön menetelmän lukuarvot ym. luetellaan seuraavassa: (1) On toivottavaa, että sen nestemäisen hartsiseoksen ko-konaisviskositeetti, jota käytetään tässä keksinnössä en- 5 nen kuin se yhdistetään lujittavaan kuituun, on korkeintaan noin 1 x 10® Pa.s, tavallisesti korkeintaan 5 x 105 Pa.s ja edullisesti suunnilleen välillä noin 5 x 104 -1 x 10° Pa.s. Sanonta "kokonaisviskositeetti" tarkoittaa hartsiseoksen viskositeettia mitattuna B-tyypin Helipath-10 viskosimetrin avulla.

(2) On välttämätöntä, että paineenpoistokäsittely ennen ahtokovetuspuristusta suoritetaan alentamalla paine muotissa alipaineeseen, joka on korkeintaan noin 48 kPa, yleensä korkeintaan noin 35 kPa, edullisesti korkeintaan 15 noin 21 kPa, vielä edullisemmin korkeintaan noin 13 kPa, edullisimmin korkeintaan noin 8 kPa ja tyypillisesti korkeintaan noin 4 kPa ja että alipainetta ei vapauteta ennen ahtopuristusta.

(3) On toivottavaa, että valupaine ahtopuristuksessa on 20 vähintään noin 1000 kPa tai enemmän, edullisesti noin 2000 kPa tai enemmän, edullisemmin välillä noin 2500 -10 000 kPa ja tyypillisesti välillä noin 4000 - 8000 kPa.

(4) Muotin sulkunopeus valun aikana on yleensä korkeintaan noin 300 mm/min, edullisesti korkeintaan noin 240 25 mm/min ja tyypillisesti välillä noin 40 - 200 mm/min.

Kuvan 1 valettu tuote A esittää valettua tuotetta, jolla on laminoitu rakenne sähkömagneettisten aaltojen tasaista heijastamista ja niiltä suojaamista varten, joka koostuu FRP-aluskerroksesta 1, kudotun kankaan ja hartsin 30 komposiittivälikerroksesta 2, joka on muodostettu alusker-roksen 1 päälle, ja sähköä johtavasta pintakerroksesta 3, joka koostuu sähköä johtavasta kuitukangaskomposiitista, joka on muodostettu välikerrokselle 2. Kuvan 2 valettu tuote B esittää samantapaista valettua tuotetta, joka 35 koostuu edellä mainitusta tuotteesta A ja suoja- tai ko- 13 96751 ristehartsikerroksesta 4, joka on muodostettu valetun tuotteen A sähköä johtavan pintakerroksen 3 päälle. Tällainen hartsikerros 4 voidaan myös levittää tarvittaessa aluskerrokselle 1. Suojaavan hartsikerroksen 4 paksuus on 5 yleensä välillä noin 0,02 - 0,3 mm. Satunnaisesti yllä mainittu kudottua kangasta oleva komposiittikerros 2 ei vain säädä tehokkaasti nestemäisen hartsiseoksen virtausta valun kuluessa, vaan varustaa myös sähköä johtavan kerroksen 3 selvästi erottuvalla kerrosrakenteella valetun tuot-10 teen valmistuksessa ja antaa myös valetulle tuotteelle dimensiostabiilisuutta jne. Näin ollen on aivan toivottavaa, ettei myöskään kudotun kankaan muodostama komposiit-tivälikerros sisällä kuplia yms. tämän keksinnön mukaisesti .

15 Ahtopuristusmuotti, joka on varustettu tyhjöpä!- neenpoistolaitteistolla, on esitetty kuvassa 3. Muotti käsittää ylemmän muottiosan 20 ja alemman muottiosan 22, jotka rajoittavat muottiontelon 21, johon valumateriaalit asetetaan. Ylempi muottiosa 20 sisältää imuputken 18 ja 20 siihen liitetyn joustavan tiivistysvälineen 19. Alemmassa muottiosassa 22 on ulostyönnin (ei esitetty) valettua tuotetta varten. Muottiosien välille on liitetty muotin aseman tunnistin 17. Tyhjöpaineenpoistolaitteisto käsittää tyhjösäiliön 11, tyhjöpumpun 12, manometrin 13, kolmitie-25 venttiilin 14, kaksitieventtiilin 15 ja säätösysteemin 16. Elektroninen säätösysteemi 16 on yhdistetty manometriin 13, kolmitieventtiiliin 14, kaksitieventtiiliin 15 ja muotin aseman tunnistimeen 17. Imuputki 18 on yhdistetty venttiiliin 14 ja venttiiliin 15. Kolmitieventtiili 14 on 30 edelleen yhdistetty sekä tyhjÖpumppuun 12 että tyhjösäili-öön 11 manometrin 13 kautta. Kaksitieventtiilin 15 toinen pää avautuu ulkoilmaan muottia avattaessa.

Esimerkit

Seuraavissa esimerkeissä määrät perustuvat painoon, 35 ellei toisin määritellä. Tyydyttämättömän polyesterihart- 96751 14 sln liuosta styreenimonomeerlssa käytettiin nestemäisen sllloltuskovettuvan hartsiseoksen pääkomponenttlna. Erittäin reaktiivinen polyesterihartsi on valmistettu 1 moolista isoftaalihappoanhydridiä, 3 moolista maleiinihappo-5 anhydridiä ja 4,5 moolista propyleeniglykolia ja siinä on yksi kaksoissidos molekyylipainoa noin 300 kohti. Esimerkki samantapaisesta tyydyttämättömästä polyesterihartsista on "Polymar 6819", valmistaja Takeda Yakuhin Kogyo K.K., Japani. Noin 60 % tyydyttämätöntä polyesterihartsia liuo-10 tettiin noin 40 %:iin styreenimonomeeria sen viskositeetin säätämiseksi noin 1 Pa.s:iin (25 °C). Kutistumista estävänä aineena käytettiin liuosta, jossa oli noin 30 % poly-styreeniä (Diaflex HF-77, valmistaja Mitsubishi Monsanto K.K., Japani) liuotettuna noin 70 %:iin styreenimonomee-15 ria.

Esimerkki 1 (Suoritusesimerkki) FRP-aluskerrokseen käytettiin SMC-materiaalia, joka sisälsi 50 osaa noin 2,5 cm:n pituista lasikuitua ja noin 20 200 osaa nestemäistä silloittuvaa hartsiseosta. Nestemäi nen hartsiseos koostui olennaisesti 75 osasta tyydyttämätöntä polyesterihartsiliuosta, 25 osasta kutistumista estävää polystyreenihartsiliuosta, 100 osasta kalsiumkarbo-naattia, 1 osasta t-butyyliperbentsoaattia, 6 osasta sink-25 kistearaatti-irrotusainetta ja 2 osasta magnesiumoksidi- paksunninta ja sen viskositeetti oli noin 4 Pa.s.

Kudotun kangaskerroksen materiaalina käytettiin 120 g/m2:n palttinakudottua lasikuitukangasta (ei kyllästetty nestemäisellä hartsiseoksella). Sähköä johtavan kerroksen 30 materiaalina käytettiin 80 g/m2:n lasikuitukangasta (ei kyllästetty nestemäisellä hartsiseoksella), joka oli päällystetty 40 paino-%:lla alumiinia. Muottina käytettiin muottia, jossa kuitukangaskerroksen kanssa kosketukseen saatettava pinta oli kupera pyörähdysparaboloidi. Muotti 35 oli varustettu tiivistysvälineellä paineenpoistokäsittelyä varten ja imuputkella.

15 96751 Lämmitettyyn muottiin asetettiin edellä mainitut - kolme materiaalia sijoittamalla kuitukangaskerros pohjalle ja SMC-kerros päällimmäiseksi. Sen jälkeen, kun muotti oli löysästi suljettu ja tiivistetty, muotissa oleva imuputki 5 yhdistettiin tyhjösäiliöön ja muotissa oleva paine laskettiin noin 4 kPa:iin useiden sekuntien aikana. Välittömästi tämän jälkeen valua suoritettiin 140 °C:ssa 4 minuutin ajan sulkemalla muotti 4000 kPa:n paineeseen muotin sul-kunopeudella 50 mm/min.

10 Näin saatiin valettu levy, jonka halkaisija oli 600 mm ja paksuus noin 4 mm ja jolla oli myös koveran pyöräh-dysparaboloidin pinta, joka ilmoitetaan yhtälöllä: Y2 + z2 = 4 x FD x X (FD = 360 mm). Saadulla valetulla levyllä on pinta, joka heijastaa tasaisesti sähkömagneettisia aaltoja 15 ja suojaa niiltä ja sillä on 37 dB:n vahvistus mitattuna käyttäen taajuudeltaan 12 x 109 Hz:n sähkömagneettista aaltoa. Edellä mainitut menettelyt toistettiin tuottaen 20 kappaletta parabolisia valettuja levyjä. Yhtään levyä ei tarvinnut paikata täyttämällä sähköä johtavan kerroksen 20 pintaa hartsilla tms; kaikki valetut levyt olivat erin-, omaisia kaupallisina tuotteina.

Esimerkki 2 (Suoritusesimerkki)

Esimerkin 1 menettelyt toistettiin paitsi, että ku-25 dotun kangaskerroksen materiaalina käytettiin esikylläs-tettä, joka koostui 120 g/m2:n kudotusta lasikuitukankaasta kyllästettynä edellä mainitulla nestemäisellä silloittu-valla hartsiseoksella. Valmistettiin 20 kappaletta samanlaisia parabolisia valettuja levyjä. Niiden pinnan laatu 30 ja vahvistus antennina olivat samassa määrin erinomaiset kuin esimerkin 1 tuotteilla.

Esimerkki 3 (Vertailuesimerkki)

Esimerkin 1 prosessi toistettiin paitsi, että säh-35 köä johtavan kerroksen materiaalina käytettiin esikylläs- 1« 96751 tettä, joka koostui 80 g/m2:n alumiinipäällysteisestä lasikuitukankaasta kyllästettynä nestemäisellä silloittuval-la hartsiseoksella, ja että muottia ei saatettu paineen-poistokäsittelyyn valun kuluessa. Tällä tavoin saatiin 20 5 kappaletta parabolisia valettuja levyjä.

Valetun levyn vahvistus mitattuna käyttäen edellä mainittua sähkömagneettista aaltoa oli hieman alle 37 dB, missä ei ollut paljon eroa esimerkin 1 tuotteisiin. Kuitu-kangaskerroksen valupinnalla oli kuitenkin monia halkaisi-10 jaltaan noin 1 mm:n kuplia ja kuplamaisia painaumia hajaantuneena säteittäisesti parabolisen valetun levyn ulkokehän suuntaan. Näin ollen saadut valetut levyt olivat ulkonäön suhteen kaupallisesti huonompia. On huomautettava, että 20 kappaleesta tuotteita kaksi tarvitsi paikkausta 15 täyttämällä sähköä johtavan kerroksen pinta hartsilla tms. ulkonäön parantamiseksi, kolmea niistä oli toivottavaa korjata tällaisella täytöllä ja viidellä niistä oli joitakin kaupallisia ongelmia, vaikka tällaista paikkausta ei erityisesti tarvittu. Tässä vaadittiin huomattavaa varo-20 vaisuutta ja taitoa nestemäisellä hartsiseoksella kyllästetyn kuitukankaan asettamisessa lämmitetylle muotin pinnalle.

Esimerkki 4 (Vertailuesimerkki) 25 Valu suoritettiin käyttäen samoja materiaaleja kuin esimerkissä 2 samoissa olosuhteissa kuin esimerkissä 1 paitsi, että muotista ei poistettu painetta valun kuluessa. Sen tulokset olivat suunnilleen samat kuin esimerkin 3 vertailuesimerkissä. Samoin kuitukangaskerroksessa oli 30 huomattava määrä halkaisijaltaan noin 0,5 mm:n tai pienempiä kuplia.

Esimerkki 5 (Vertailuesimerkki)

Valu suoritettiin käyttäen samoja materiaaleja kuin 35 esimerkissä 1 käytettiin ja samoja olosuhteita kuin esi- 17 96751 merkissä 1 paitsi, että muotista ei poistettu painetta valun kuluessa. Sen tulokset olivat suunnilleen samat kuin esimerkin 3 vertailuesimerkissä. Samoin sekä kuitu kangas-kerroksessa että kudotussa kangaskerroksessa oli monia 5 halkaisijaltaan noin 0,5 mm tai pienempiä kuplia.

Esimerkki 6 (Vertailuesimerkki)

Samat materiaalit kuin esimerkissä 3 käytettiin, saatettiin paineenpoistokäsittelyyn muotissa ja valettiin 10 sitten samoissa olosuhteissa kuin esimerkissä 1. Sen tuloksilla ei ollut suurta eroa vertailuesimerkin 3 tuloksiin ja näin ollen paineenpoistokäsittelyn vaikutuksia valun kuluessa ei selvästi todettu.

Claims (8)

96751 18

1. Menetelmä kuitu-hartsikomposiitista koostuvan valetun tuotteen valmistamiseksi, jolla on sähkömagneetti-5 siä aaltoja tasaisesti heijastavat ja niitä suojaavat ominaisuudet, jossa menetelmässä asetetaan ahtopuristusmuo-tille, jolla on haluttu valupinta, tehokas määrä sähköä johtavaa kuitukangasta pintakerrosta (3) varten, kudottua kangasta välikerrosta (2) varten kuitukankaan viereen ja 10 valumateriaalia aluskerrosta (1) varten, joka sisältää vähintään yhtä nestemäistä hartsimateriaalia ja lujittavaa kuitua; ja saatetaan valumateriaalit ahtopuristukseen, ja jossa menetelmässä kuitukankaasta (3) ja kudotusta kankaasta (2) ainakaan kuitukangasta (3) ei ole kyllästetty 15 nestemäisellä hartsimateriaalilla; tunnettu siitä, että saadut valumateriaalit saatetaan muotissa pai-neenpoistokäsittelyyn korkeintaan 48 kPa:n alipaineessa; ja sen jälkeen valumateriaalit saatetaan ahtopuristukseen alipainetta vapauttamatta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alipaine paineenpoistokäsit-telyssä on korkeintaan noin 21 kPa.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ahtopuristus suoritetaan pu- ♦ 25 ristamalla valumateriaaleja vähintään noin 1 000 kPa:n valupaineessa ja korkeintaan noin 300 mm/min:n muotin sul-kunopeudella, ja kovetetaan hartsimateriaali.

4. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että neste- 30 mäinen kovettuva hartsimateriaali sisältää kertamuovihart-sin liuosta polymeroituvassa monomeerissa sekoitussuhteessa, joka vaihtelee välillä noin 65:35 - 95:5 painosta laskettuna .

5. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen 35 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hartsi- päällysteaine suojaavana ja/tai dekoratiivisena pintaker- 19 96751 roksena (4) saatetaan muottiin ennen kuin valettavat aineet .

6. Sähkömagneettisille aalloille tarkoitettu kuitu-lujitteisesta hartsista valettu tuote, jolla on sähkömag- 5 neettisia aaltoja tasaisesti heijastavat ja niitä suojaavat ominaisuudet VHF-EHF -alueella ja jolla on ahtopuris-tettu, kovetettu laminaattirakenne, jossa on tasomainen tai kaareva heijastuspinta ja joka käsittää pintakerroksen (3), välikerroksen (2) ja aluskerroksen (1), joka pinta-10 kerros (3)on sähköä johtava kuitukankaan ja kovetetun hartsin komposiittikerros, jonka tehokas kerrospaksuus on vähintään noin 0,005 mm; ja välikerros (2) on kudotun kankaan ja kovetetun hartsin komposiittikerros, jonka tehokas kerrospaksuus on vähintään noin 0,005 mm; ja aluskerros 15 (1) on kuitumateriaalilla lujitettu hartsikerros; joka tuote on valmistettu asettamalla ahtopuristusmuotille, jolla on haluttu valupinta, tehokas määrä sähköä johtavaa kuitukangasta pintakerrosta (3) varten, kudottua kangasta välikerrosta (2) varten kuitukankaan viereen, ja joista 20 kuitukankaasta (3) ja kudotusta kankaasta (2) ainakaan kuitukangasta (3) ei ole kyllästetty nestemäisellä hartsi-materiaalilla; valumateriaalia aluskerrosta (1) varten, joka sisältää vähintään yhtä nestemäistä hartsimateriaalia ja lujittavaa kuitua; ja saattamalla valumateriaalit ahto-25 puristukseen, tunnettu siitä, että saadut valumateriaalit saatetaan muotissa paineenpoistokäsittelyyn korkeintaan 48 kPa:n alipaineessa; ja sen jälkeen valumateriaalit saatetaan ahtopuristukseen alipainetta vapautumatta.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen valettu tuote, 30 tunnettu siitä, että suojaava ja/tai dekoratiivi- nen päällekerros (4) levitetään kuitukankaan ja hartsin muodostamalle pintakerrokselle (3).

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen valettu tuote, tunnettu siitä, että se on sähkömagneetti- 35 sille aalloille tarkoitettu paraboliantenni, sähköä johtavan kuitukangaskerroksen pinnan ollessa kovera pyöräh-dysparaboloidi. 96751 20