NL1029471C2

NL1029471C2 - Werkwijze en inrichting voor het vervaardigen van een vormdeel uit een kunststof.

Info

Publication number: NL1029471C2
Application number: NL1029471A
Authority: NL
Inventors: Jan Adolph Dam Backer; Henri Paul Maria Quir Enneking
Original assignee: Crehabo Belgium N V
Priority date: 2005-07-08
Filing date: 2005-07-08
Publication date: 2007-01-09
Also published as: WO2007043876A1; CA2614642A1; US20090139642A1; DE602006016959D1; EP1912778A1; EP1912778B1; JP2009500202A; ATE481225T1

Description

4

Werkwijze en inrichting voor het vervaardigen van een vormdeel uit een kunststof |

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een vormdeel uit een kunststof, bij voorkeur een vezelversterkte kunststof. De uitvinding 5 betreft eveneens een inrichting voor het vervaardigen van het vormdeel. Tenslotte betreft de uitvinding een verwarmbaar membraan dat toepasbaar is in de werkwijze en inrichting volgens de uitvinding.

In gebruikelijke werkwijzen voor het vervaardigen van vormdelen uit kunststoffen, en 10 in het bijzonder uit vezelversterkte kunststoffen, wordt de kunststof doorgaans op een eerste temperatuur gebracht waarbij deze gemakkelijk is te vervormen, en vervolgens op een tweede temperatuur gebracht om het vormdeel stabiliteit te geven. Zo wordt bijvoorbeeld voor het vervaardigen van een vormdeel uit een thermoplastische kunststof deze laatste eerst gesmolten tot boven zijn smelttemperatuur waarbij de kunststof kan 15 worden vormgegeven, na welks vormgevingsproces de kunststof wordt afgekoeld tot bijvoorbeeld kamertemperatuur, wat het vormdeel zijn stabiliteit geeft. Een bekende werkwijze omvat bijvoorbeeld het vacuümvormen, waarbij een aantal kunststoflagen op elkaar worden aangebracht in een zogenaamde ‘stack’ of stapeling of laminaat, en deze door verwarming vervormbaar wordt gemaakt. Door middel van het eenzijdig 20 aanbrengen van vacuüm wordt het verwarmde laminaat vervolgens tegen het oppervlak van een relatief koele mal aangezogen, waarbij het thermoplastische laminaat na afkoeling ervan de vorm aanneemt waarin ze in de vervormbare fase gebracht werd. Ondanks veelvuldige verfijning van de bekende werkwijze blijkt het vacuümpompen, evenals trouwens andere aanverwante methoden zoals bijvoorbeeld diafragmavormen, 25 of rubberpersen, voor verbetering vatbaar. Voor onder andere goede mechanische eigenschappen is het inderdaad gewenst dat de verschillende lagen van het laminaat onderling goed zijn verbonden in het vormdeel, met andere woorden een geconsolideerd geheel vormen. Deze goede binding in het vormdeel wordt doorgaans verzekerd door de verschillende lagen onder druk en verhoogde temperatuur te consolideren bij de 30 vormgeving. Het bovenstaande is a fortiori van toepassing voor vezelversterkte kunststoffen, waarbij naast de gewenste consolidatie van de verschillende lagen tevens een goede impregnatie van de versterkingsvezels met de thermoplastische kunststof van belang is. Het moge duidelijk zijn dat de wijze van opwarming van de kunststof hierbij van groot belang is.

102947 1 - 4 2

Opwarming van thermoplastische kunststoffen gebeurt thans op verschillende manieren.

Zo is het gebruikelijk thermoplastische kunststoffen te verwarmen door middel van op temperatuur gebrachte contactplaten of contactmallen, of deze te verwarmen in een 5 oven onder circulatie van verwarmde lucht of een ander gas. Ook is het mogelijk j energierijke stralingsbronnen toe te passen, zoals bijvoorbeeld infraroodstraling (IR). j

Voor het opwekken van druk worden gebruikelijk bijvoorbeeld persen of injecteerschroeven toegepast. Een eveneens veel toegepast drukmiddel is een autoclaaf, die in hoofdzaak een combinatie omvat van een oven en een drukvat. Het vorm te geven 10 laminaat wordt op een mal gedrapeerd waarna het geheel in de autoclaaf wordt geplaatst. Vervolgens wordt de autoclaaf opgewarmd door deze te vullen met verwarmde lucht. Consolidatie van het laminaat wordt verkregen door de lucht in de autoclaaf te houden waardoor de druk erin verhoogt.

15 De hierboven beschreven bekende werkwijzen hebben als nadeel dat deze tijdrovend zijn en derhalve ongeschikt voor grootschalige productie. De (te lange) cyclustijd gepaard gaande met de verschillende stappen van het opwarmen, aan elkaar hechten van de lagen, respectievelijk van het vormen tot vormdeel hangt hierbij primair af van de tijd die nodig is om de kunststof te verwannen en vervolgens weer af te koelen.

20

De onderhavige uitvinding heeft tot doel een efficiëntere werkwijze voor het vervaardigen van een vormdeel uit een kunststof te verschaffen, waarbij het vormdeel bovendien goede mechanische eigenschappen vertoont.

25 De werkwijze volgens de uitvinding voor het vervaardigen van een vormdeel uit een kunststof, en in het bijzonder een vezelversterkte kunststof, is daartoe gekenmerkt doordat deze tenminste de stappen omvat van het stapelen van ten minste één kunststoflaag tot een laminaat; het opsluiten van het laminaat tussen tenminste twee membranen; het op een eerste temperatuur brengen van het aldus gevormde samenstel 30 door verwarming van tenminste één membraan; en het vormen van het samenstel onder gebruikmaking van een op een tweede temperatuur gebracht vormgevingswerktuig.

Door het gestapelde laminaat van bij voorkeur een aantal vezelversterkte kunststoflagen tussen tenminste twee membranen op te nemen, en vervolgens tenminste één van deze 102947 .Ijs » t 3 membranen te verwarmen door een geïntegreerde verwarming, wordt bereikt dat de opwarming van het laminaat veel efficiënter kan gebeuren dan in de bekende werkwijze het geval is. Immers enkel het laminaat zelf wordt opgewarmd daar waar in bijvoorbeeld de bekende autoclaafmethode de gehele inwendige ruimte van de autoclaaf 5 op de gewenste eerste temperatuur dient te worden gebracht. Bij het rubberpersen anderzijds gebeurt de verwarming van het laminaat doorgaans in een separaat van de pers opgestelde oven, waarbij het verwarmde laminaat derhalve moet worden overgebracht naar de pers. De werkwijze volgens de uitvinding heeft dit nadeel niet.

Een verder voordeel van de werkwijze volgens de uitvinding is dat deze slechts weinig 10 energie behoeft, omdat enkel die gedeeltes van een voor de werkwijze geschikte inrichting worden opgewarmd die noodzakelijk zijn om de kunststof vervormbaar te maken. Voorts wordt het met de werkwijze volgens de uitvinding door de relatief geringe massa van de verwarmbare membranen mogelijk een zeer snelle opwarming te bereiken, indien dit gewenst is. Zo is het bijvoorbeeld mogelijk binnen enkele seconden 15 het membraan op een temperatuur van 200°C en meer te brengen.

De werkwijze volgens de uitvinding maakt gebruik van een in het bijzonder hiervoor ontwikkeld verwarmbaar membraan. Het verwarmbare membraan volgens de uitvinding dat bij voorkeur kan worden toegepast voor de vervaardiging van vormdelen uit 20 vezelversterkte kunststof door middel van een hiertoe geschikt vormgevingswerktuig, wordt gekenmerkt doordat het membraan verwarmingselementen omvat. Een bijzondere uitvoeringsvorm omvat een membraan dat als verwarmingselement metaaldraad omvat, dat vervolgens door middel van stroomdoorvoer kan worden verwarmd tot de gewenste temperatuur. Hierbij zijn de stroomsterkte die door de draad wordt gevoerd en de 25 weerstand van de metaaldraad hoofdzakelijk bepalend voor de ontwikkelde warmte.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van het verwarmbaar membraan omvatten de verwarmingselementen een rond een kerndraad gewikkelde metaaldraad. Bij voorkeur is de metaaldraad hierbij een zeer dunne metaaldraad, m.a.w. heeft een gemiddelde 30 diameter van minder dan 0,15 mm. Door de metaaldraad in een spiraal om de kerndraad te wikkelen en/of te twemen wordt een lange looplengte van de draad verkregen. De metaaldraadlengte wordt op deze wijze typisch 1,5 tot 12 maal langer dan de kemdraadlengte, waardoor het verwarmingselement zeer rekbaar en elastisch wordt. Hierdoor wordt het mogelijk vormdelen te vervaardigen met ingewikkelde vorm. De in 102947 1 ? % 4 het verwarmingselement toegepaste kerndraad kan bestaan uit verschillende materialen. Het heeft echter voordelen hiervoor een materiaal te kiezen dat relatief eenvoudig is te verwijderen. Bijzonder geschikte materialen voor de kerndraad zijn bijvoorbeeld te kiezen uit de volgende polymeren zonder hiertoe overigens te zijn beperkt: 5 polyvinylalcohol (PVA) draad, omdat deze draad relatief gemakkelijk verwijderbaar is door deze op te lossen in, bij voorkeur warm, water. Na verwijdering van de kerndraad blijft de spiraalmetaaldraad achter, waarna deze kan worden ingebed of ingekapseld in een geschikte elastomeer matrix; elastische vezels zoals bijvoorbeeld Lycra of XLA elastic fiber van Dow Chemicals, of een andere reeds elastische getwemde draad; 10 elastisch rubberkoord, rubbersnoer of rubberslang, waarbij deze bij voorkeur zeer dun is uitgevoerd (karakteristieke afmeting bij voorkeur tussen 0,5 mm en 3 mm ); bijzonder geschikt is een siliconensnoer met een diameter van ongeveer 0,7 -1,0 mm; een smeltbare polymeerdraad, die onder invloed van het opwarmen van de metaaldraad door een elektrische stroom smelt of althans verweekt, en zo geen weerstand meer kan 15 bieden tegen rekken. Een geschikt voorbeeld van een dergelijke polymeerdraad is bijvoorbeeld de polyamidevezel “Grilon” van EMS Chemie; een in een ander oplosmiddel dan water gemakkelijk oplosbare draad, waarbij deze zoals hierboven beschreven na het twemen en vervolgens weven, doch voor het inkapselen in een elastomeer matrix wordt opgelost en verwijderd.

20

In een andere voorkeursuitvoeringsvorm van het verwarmbaar membraan volgens de uitvinding omvatten de verwarmingselementen een weefsel van rond een kerndraad gewikkelde metaaldraden. Het weefsel kan bijvoorbeeld worden verkregen door de met metaaldraad omslingerde kerndraad te weven, waarbij aan beide zelfkanten metalen 25 draden, bijvoorbeeld koperdraad, worden voorzien om een goed en betrouwbaar elektrisch contact te kunnen maken met de stroombron.

Het verwarmbaar membraan kan volgens de uitvinding worden verkregen door dit weefsel, waarvan bij voorkeur de inslag de spiraalge wikkelde metaaldraad bevat in te 30 bedden in een warmtebestendige, elastische matrix, bijvoorbeeld een natuurlijk rubber of een elastomeer, bij voorkeur siliconenrubber. Het heeft voordelen de uitgerekte lengte (na strekking van de spiraal) van de getwemde metaaldraad beduidend langer te kiezen dan dè geanticipeerde lengte van het membraan in vervormde toestand (de lengte van het membraan na uitrekking ervan in het vormgevingsproces). Hierdoor wordt 102947 1- « r* 5 bereikt dat de draad, en dus het verwarmingselement ten allen tijde intact en functioneel blijft als verwarmingsdraad. Om een gelijkmatige verwarming van het membraan mogelijk te maken heeft het weefsel bij voorkeur meer dan 3 draden per centimeter schot in de inslagrichting. Het is ook mogelijk, de elastische, elektrisch verwarmbare 5 draad in de lengterichting van het weefsel, de zgn. kettingrichting aan te brengen. Dit kan eventueel wenselijk zijn om de elektrische weerstand beter te kunnen verdelen over het membraan, en/of omdat het element door de gewenste eindvorm van het vormdeel. bijvoorbeeld heel lang en smal moet zijn, en/of een andere elasticiteit moet hebben.

10 Naast bovengenoemde werkwijzen voor de vervaardiging van het verwarm baar membraan is het eveneens mogelijk om een elektrisch geleidende, elastische kerndraad, bijvoorbeeld metaal-of koolstofgevuld siliconenrubbercompound, geextrudeerd tot koord, strip of snoer te verwerken in het weefsel, en vervolgens tot membraan. Ook is het mogelijk deze “compound” rechtstreeks te verwerken tot gerolde of gekalanderde 15 folie en/of vellen, teneinde op deze wijze opnieuw tot een bepaalde, gedefinieerde elektrische weerstand te komen.

Hoewel uit het bovenstaande blijkt dat de uitvinding niet beperkt is tot verwarmbare membranen met bepaalde mechanische eigenschappen heeft het verwarmbaar 20 membraan bij voorkeur elastische eigenschappen. Onder elastische eigenschappen wordt in het kader van deze aanvrage verstaan dat het membraan gemakkelijk rekbaar is. Zo heeft een voorkeursmembraan volgens de uitvinding een rek bij breuk van ten minste 100%, met meer voorkeur ten minste 200%, en met de meeste voorkeur ten minste 400%. Zoals hierboven beschreven kan deze elasticiteit worden verkregen door 25 een geschikte keuze van de matrix van het membraan en/of van de daarmee gecombineerde en/of daarin ingebedde verwarmingselementen.

De werkwijze volgens de uitvinding maakt bij voorkeur gebruik van tenminste twee membranen. In een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding 30 wordt na opneming van het laminaat tussen de tenminste twee membranen daartussen een vacuümdruk aangebracht. Door een althans gedeeltelijk vacuüm aan te brengen wordt het contact tussen het laminaat en de aan weerszijden ervan gelegen verwarmbare membranen verbeterd waardoor de warmteoverdracht van membraan naar laminaat gemakkelijker verloopt. Tevens wordt het laminaat door het vacuüm goed op zijn plaats 102947 1“ ' * 6 gehouden, wat van belang is bij de vervorming van het vormdeel in het vervormingswerktuig. Om dezelfde redenen is het voordelig wanneer aan de buitenzijde van het samenstel van laminaat en membranen een overdruk wordt aangebracht.

5 Voor het vormen tot het gewenste vormdeel kan de stapeling met behulp van een mannelijke malvorm uit metaal of rubber in een vrouwelijke malvorm worden gedrukt. Deze vervorming kan gebeuren zonder dat een klemkader wordt toegepast. Bij het vervormen door verstrekken worden de randen van de stapeling althans gedeeltelijk vastgeklemd door het klemkader en/of door hiertoe voorziene maldelen. Een andere 10 mogelijke vervormingsstap is diafragmavormen, waarbij de stapeling wordt omgeven door folielagen, die vervolgens langs de randen worden ingeklemd. Dit heeft als voordeel dat de stapeling zelf relatief gemakkelijk kan verschuiven tijdens het vormgeven. Het vormgeven gebeurt door de luchtdruk aan één zijde van de stapeling te verlagen of te verhogen. Een variant bestaat erin in plaats van lucht een vloeistof toe te 15 passen. De folie (het “diafragma”) kan hierbij uit kunststof zijn vervaardigd. Ook is het mogelijk hiervoor een dunne metaalfolie te gebruiken. De werkwijze volgens de uitvinding wordt bij voorkeur gekenmerkt doordat het vormgevingswerktuig een mal omvat en dat het tot de eerste temperatuur verwarmde samenstel onder druk een geschikte tijd tegen het maloppervlak wordt gehouden. In een bijzonder voordelige 20 uitvoeringsvorm omvat het vormgevingswerktuig tevens een autoclaaf, waarin de mal is opgenomen, en wordt het samenstel onder druk tegen het maloppervlak gehouden door de lucht die zich bevindt tussen het samenstel en het maloppervlak althans gedeeltelijk weg te voeren. Dit kan bijvoorbeeld gebeuren door ter hoogte van de ruimte tussen samenstel en maloppervlak tenminste één ventiel in de wand van de autoclaaf te 25 voorzien waarlangs de lucht naar buiten kan ontsnappen.

In principe is de werkwijze volgens de uitvinding toe te passen voor de vervaardiging van vormdelen uit om het even welke kunststof. Het heeft echter voordelen de werkwijze te kenmerken doordat tenminste één van de kunststoflagen een 30 vezelversterkte theimoplastische kunststof omvat. Voorbeelden van voor de werkwijze volgens de uitvinding geschikte thermoplastische kunststoffen zijn polyamides, polyimides, polyethersulfonen, polyetheretherketon, polyurethanen, polyetheen, polypropeen, polyfenyleensulfides, polyamide-imides, acrylonitrile-butadieen-styreen (ABS), styreen/maleinezuuranhydride (SMA), polycarbonaat, polyfenyleenoxide blend 1029473« 7 I t (PPO), thermoplastische polyesters zoals polyetheentereftalaat, polybutyleentereftalaat, alsmede blends en copolymeren van één of meerdere van bovengenoemde polymeren. Wordt een vezelversterkte thermoplastische kunststof gebruikt dat heeft het voordelen wanneer in de werkwijze de eerste temperatuur hoger is dan de 5 glasovergangstemperatuur van de thermoplastische kunststof of hoger is dan de laagste glasovergangstemperatuur in het geval meerdere thermoplastische kunststoffen worden toegepast. Bij gebruik van semi-kristallijne thermoplastische kunststoffen is bij voorkeur de eerste temperatuur hoger dan de smelttemperatuur van de thermoplastische kunststof of hoger is dan de laagste smelttemperatuur in het geval meerdere 10 thermoplastische kunststoffen worden toegepast. Door de hierboven aangegeven keuze van de eerste temperatuur wordt een goede impregnatie van de versterkingsvezels met de kunststof verkregen in een geschikt korte tijd. Bovendien worden de lagen van het laminaat goed geconsolideerd. Om deze consolidatie verder te verbeteren heeft het voordelen wanneer de tweede temperatuur lager is dan de glasovergangstemperatuur 15 van de thermoplastische kunststof of lager is dan de laagste glasovergangstemperatuur in het geval meerdere thermoplastische kunststoffen worden toegepast.

Desgewenst kan de werkwijze volgens de uitvinding tevens worden toegepast voor het vormen van een laminaat waarvan tenminste één van de kunststoflagen een 20 vezelversterkte thermohardende kunststof omvat. In een dergelijk geval zal bij voorkeur de eerste temperatuur hoger zijn dan de uithardingstemperatuur van de thermohardende kunststof of hoger zijn dan de laagste uithardingstemperatuur in het geval meerdere thermohardende kunststoffen worden toegepast. De tweede temperatuur is in dit geval bij voorkeur lager dan de glasovergangstemperatuur van de thermohardende kunststof 25 of lager dan de laagste glasovergangstemperatuur in het geval meerdere thermohardende kunststoffen worden toegepast.

Wanneer in deze aanvrage sprake is van een eerste en een tweede temperatuur wordt hiermee een gemiddelde temperatuur aangeduid. Het moge duidelijk zijn dat wanneer 30 bijvoorbeeld gesproken wordt van het op een eerste temperatuur brengen van het laminaat, hiermee wordt bedoeld dat het laminaat gemiddeld gezien de eerste temperatuur heeft aangenomen, waarbij plaatselijke variaties kunnen optreden.

Hetzelfde geldt voor de werkwijzestap waarbij het vormgevingswerktuig zich op een tweede temperatuur bevindt. Ook hier is het mogelijk dat plaatselijk een andere 102947 1- * * 8 temperatuur heerst, die weliswaar niet veel zal afwijken van de gemiddelde tweede temperatuur.

Geschikte versterkingsvezels zijn bijvoorbeeld glasvezels, koolstofvezels, 5 metaalvezels, verstrekte thermoplastische kunststofvezels, zoals bijvoorbeeld aramidevezels en ultrahoog moleculair gewicht polyetheen of polypropeen vezels, alsmede natuurvezels zoals bijvoorbeeld vlas-, hout- en hennepvezels. In een andere uitvoeringsvorm omvat de thermoplastische kunststoflaag weefsels van voorgeorienteerde thermoplastische polymeren, zoals bijvoorbeeld polypropeen, 10 polyetheen, polyamides, polyetheentereftalaat en/of polybutyleentereftalaat. Dergelijke ' producten uit polypropeen zijn in de handel verkrijgbaar bij onder andere Propex onder de handelsnaam Curv, en bij de firma Lankhorst Indutech onder de handelsnaam Pure.

Bij voorkeur omvat de vezelversterkte kunststoflaag in hoofdzaak continue vezels die 15 zich in minimaal twee nagenoeg orthogonale richtingen uitstrekken (zogenaamd isotroop weefsel). In een andere voorkeursuitvoeringsvorm omvat de vezellaag en/of de vezelversterkte kunststoflaag in hoofdzaak continue vezels die zich hoofdzakelijk in één richting uitstrekken (zogenaamd UD-weefsel). De specifieke keuze van het type weefsel hangt onder andere af van de gewenste mechanische eigenschappen, en van de 20 vervormbaarheid van het weefsel. Ook de gekozen uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding kan hierbij van betekenis zijn.

De uitvinding betreft tevens een inrichting voor de vervaardiging van een vormdeel uit een kunststof, bij voorkeur een vezelversterkte kunststof, welke inrichting tenminste 25 opsluitmiddelen voor het opsluiten van een laminaat van ten minste één kunststoflaag tussen tenminste twee membranen omvat; en verder eerste verwarmingsmiddelen voor het op een eerste temperatuur brengen van tenminste één membraan; een vormgevingswerktuig voor het vervormen van het laminaat; en drukmiddelen voor het onder druk kunnen houden van het samenstel van laminaat en tenminste twee 30 membranen.

Verdere bijzondere uitvoeringsvormen van de inrichting volgens de uitvinding worden beschreven in conclusies 14-18.

1029471- ! 9

In een typische uitvoeringsvorm omvatten de eerste verwarmingsmiddelen voor het op een eerste temperatuur brengen van tenminste één membraan een elektrische stroomgenerator, het vormgevingswerktuig voor het vervormen van het laminaat een mal waarop het laminaat kan worden geplaatst, en de drukmiddelen voor het onder druk 5 kunnen houden van het samenstel van laminaat en tenminste twee membranen een drukvat of autoclaaf.

De eerste verwarmingsmiddelen kunnen bijvoorbeeld elektrische verwarmingsmiddelen omvatten, waarop de verwarmingselementen van het membraan kunnen worden 10 aangesloten, en die een elektrische stroom kunnen genereren. De eerste verwarmingsmiddelen kunnen echter tevens andere middelen omvatten zoals bijvoorbeeld een in het drukvat opgenomen stralingsbron, zoals bijvoorbeeld een magnetron. Een dergelijke stralingsbon werkt dan ter verwarming van een membraan samen met in het membraan opgenomen elektrisch geleidende vulstoffen.

15

In een voorkeursuitvoeringsvorm omvat de inrichting tevens tweede verwarmingsmiddelen voor het op een tweede temperatuur brengen van het vormgevingswerktuig. Deze tweede verwarmingsmiddelen kunnen bijvoorbeeld een pompcircuit omvatten dat een geschikte warmte-uitwisselende vloeistof zoals 20 bijvoorbeeld water of olie door de mal kan leiden. In een voorkeursuitvoering van de inrichting kunnen de tweede verwarmingsmiddelen echter ook koelmiddelen omvatten.

De term verwarming dient in het kader van deze aanvrage dan ook breed te worden uitgelegd daar zij tevens een afkoeling kan omvatten. In het geval bijvoorbeeld een vormdeel uit vezelversterkte thermoplastische kunststof wordt vervaardigd zal de 25 tweede temperatuur doorgaans laag zijn, bij voorkeur ongeveer op kamertemperatuur, en met meer voorkeur zelfs onder kamertemperatuur. Dit komt de snelheid van de werkwijze en de mechanische eigenschappen van het vormdeel verder ten goede. j

De werkwijze en inrichting volgens de uitvinding worden hierna toe gelicht aan de hand 30 van de bijgevoegde figuren, waarin:

Fig. 1 een schematische weergave in perspectief is van een inrichting volgens de I

uitvinding;

Fig. 2 in dwarsdoorsnede de werking van de inrichting weergeeft;

Fig. 3 een schematische weergave is van een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding; 102947 1.3 • Λ 10

Onder verwijzing naar figuur 1 omvat een inrichting volgens de uitvinding een drukvat of autoclaaf 1 bestaande uit een onderste helft 2 en een bovenste helft 3, die dienst doet als deksel. Verder is het drukvat 1 voorzien van een deugdelijk sluitingsmechanisme 5 (niet getoond). Het drukvat kan in principe geschikt gemaakt worden voor elke inwendige druk. Het drukvat 1 is bij voorkeur bestand tegen de typische drukken die bij de vervaardiging van vormdelen uit vezelversterkte kunststoffen gebruikelijk zijn, bijvoorbeeld een inwendige druk van minimaal 10 bar. De onderste helft 2 en bovenste helft 3 zijn onderling verbonden en verplaatsbaar ten opzichte van elkaar, bijvoorbeeld 10 door steunbalken 4 en 5, die met elkaar zijn verbonden door middel van scharnier 6. Op het deksel 3 zijn handvaten 7 voorzien om het drukvat gemakkelijk te kunnen openen en sluiten. Het drukvat 1 is in deze uitvoeringsvorm verder voorzien van twee verwarmbare elastische membranen (8a, 8b), waartussen het te vormen laminaat kan worden geplaatst. Membranen (8a, 8b) omvatten bij voorkeur en zoals hierboven reeds 15 uitvoerig werd beschreven een rubber- en/of elastomeervel, waarin een rekbaar verwarmingselement is verwerkt. De rekbaarheid (elasticiteit) van het verwarmbaar membraan 8a en/of 8b is bij voorkeur hoger dan 100%, met meer voorkeur hoger dan 200%, en met de meeste voorkeur hoger dan 400 %. Dit laat toe vormdelen te vervaardigen met ingewikkelde vormen. Het verwarmingselement in de membranen 20 (8a, 8b) heeft bij voorkeur een grotere rekbaarheid dan het rubber en/of elastomeer materiaal waarin het is verwerkt. Hierdoor wordt breuk in, of breuk van bepaalde delen van het verwarmingscircuit voorkomen. Beide membranen (8a, 8b) kunnen worden voorzien van een kader, die desgewenst onderling ‘scharnierend’ kunnen worden verbonden met het drukvat, bijvoorbeeld op de steunbalk constructie (4,5). Het 25 membraankader kan hierbij een deel vormen van het sluitingsmechanisme van het drukvat 1. Ook is het mogelijk het eerste membraan 8a en het tweede membraan 8b op te nemen in respectievelijk het onderste gedeelte 2 en het deksel 3 van het drukvat 1, bijvoorbeeld op een hiertoe aan de binnenzijde van beide drukvatdelen aangebrachte omtreksaanslagrichel. Het drukvat 1 of het kader voor de membranen is verder voorzien 30 van een ringleiding 9, waarmee tussen beide membranen (8a, 8b) vacuüm kan worden aangebracht. De ringleiding 9 is daartoe aangesloten op een vacuümpomp (niet getoond) via aansluitstuk 10. De ringleiding kan bijvoorbeeld worden aangebracht in de omtreksrand 11 van het onderste deel 2 van drukvat 1. Hiertoe kan de omtreksrand 11 worden voorzien van een uitsparing 12 waarin de ringleiding 9 kan worden opgenomen.

1Ό2947,.ha

( I

11

Het te vervormen laminaat (de stack) bevindt zich bij het gebruik van de inrichting binnen de ringleiding 9. De ringleiding 9 is voorzien van kleine openingen 13 aan de binnenzijde ervan, die in verbinding staan met de ruimte tussen beide membranen (8a, 8b), wanneer deze op elkaar worden geplaatst (bij sluiting van het drukvat 1). Na en/of 5 tijdens het sluiten van het deksel 3 kan de lucht tussen beide membranen (8a, 8b) via de openingen 13 worden weggezogen waardoor aldaar een althans gedeeltelijk vacuüm ontstaat. Om de membranen (8a, 8b) te verwarmen is de inrichting tevens voorzien van elektrische verwarmingsmiddelen (niet getoond), die op geschikte wijze via aansluitmiddelen voor elektrische stroom zijn aangesloten op de verwarmbare 10 membranen (8a, 8b). Desgewenst kan hetzij het bovenste membraan 8b dan wel alleen het onderste membraan 8a van een verwarmingscircuit zijn voorzien, of op de elektrische verwarmingsmiddelen zijn aangesloten. Het drukvat 1, bijvoorbeeld de onderzijde 2 ervan, is verder voorzien van een mal 14 (zie figuur 2). De mal wordt bij voorkeur ter versteviging geplaatst op een ondersteunende laag 15, bijvoorbeeld uit 15 zand, hydrofiele korrels of elk ander ondersteunend materiaal waarmee een tegendruk kan worden geleverd. De ruimte tussen de ondersteunende korrels dient bij voorkeur poreus te zijn, om de lucht tussen de mal en het membraan te kunnen verwijderen en/of laten ontsnappen. Het drukvat kan verder worden voorzien van tenminste één veiligheidsventiel 16 in onderzijde 2 of deksel 3, en een ventiel 17 om de overdruk 20 (lucht) af te laten wanneer het membraan (8a, 8b) over de mal 14 wordt geblazen in gebruik. In een voorkeursuitvoeringsvorm kan het bovendeksel 3 verder worden voorzien van een of meer kijkraampjes om het proces visueel te kunnen volgen. Verder kan het drukvat worden voorzien van een of meerdere ventilatoren die tijdens de opwarmingscyclus voor een goede verdeling van de warmte kunnen zorgen. Tevens is 25 het mogelijk in het drukvat een of meer infraroodsensoren of andere temperatuur meetsensoren op te nemen om de temperatuur van de stack te kunnen meten tijdens de werkwijze, evenals de temperatuur van de verwarming en het membraan (of de membranen) zelf. Ook heeft het voordelen het drukvat te voorzien van een geschikte warmte isolatie die bijvoorkeur tevens reflecteert aan de binnenzijde.

30

In bedrijf en onder verwijzing naar figuur 2 wordt een stapeling 100 van enkele vezelversterkte thermoplastische kunststoflagen (de stack) op het onderste elastische membraam 8b geplaatst. Desgewenst kunnen bij bijvoorbeeld niet bijzonder vormkritische vormdelen ook meerdere membraan- en vormdeellagen tegelijkertijd 102947, .Is 12 4 « worden gestapeld. Vervolgens wordt het deksel 3 gesloten en op het ondergedeelte 2 vergrendeld, waarbij het laminaat 100 wordt opgenomen tussen membraan 8b en het j membraan 8a in het deksel 3. Na sluiting wordt het membraan stel (8a, 8b) aangesloten j op een elektrisch verwarmingstoestel (niet getoond) en verwarmd door een stroom door j 5 het verwarmingscircuit in de membranen te sturen. Hierbij wordt de stack opgewarmd

tot de gewenste eerste temperatuur, bij voorkeur net boven de smelt- of J

verwekingtemperatuur van de betreffende thermoplast, waardoor vervorming en ! onderlinge hechting van de lagen van het laminaat met eventueel meerdere lagen i mogelijk wordt. Ook is het mogelijk alleen het onderste membraan 8b te verwarmen en 10 pas daarna de stack af te dekken met het bovenste membraan 8a. De vakman zal begrijpen dat hier talloze variaties mogelijk zijn. Zoals in figuur 2b is aangegeven ! bevindt de stack zich thans tussen de membranen 8a en 8b, waarbij het geheel in j hoofdzaak op de eerste temperatuur is gebracht. De temperatuur van het drukvat 1, en j van de omsloten lucht 110 is hierbij bij voorkeur laag, bijvoorbeeld op 15 kamertemperatuur. Via ringleiding 13 wordt vervolgens het samenstel van laminaat 100 en membranen (8a, 8b) onder vacuüm gebracht waarbij beide membranen naar elkaar toe worden bewogen, en het laminaat 100 wordt samengedrukt. Het aanbrengen van vacuüm kan in principe voor, tijdens of na de opwarming van de membranen gebeuren.

Zo is het bijvoorbeeld mogelijk de stack pas op te warmen nadat voldoende vacuüm is 20 bereikt. Desgewenst kan tijdens de opwarmcyclus de druk in het vat 1 aan beide zijden van de stack 100 worden opgevoerd door lucht in de binnenruimte 110 van het drukvat 1 te blazen. Dit zorgt voor bijkomende compressie van het laminaat wat de consolidatie ervan ten goede komt. Het vervormen van de stack vindt vervolgens plaats door de tussen het membraanstel (8a, 8b) en de mal 14 aanwezige lucht 111 door middel van 2"5 een ventiel 17 af te voeren. Hierdoor zal de stack 100 naar beneden worden bewogen en zich over/in de mal draperen, waardoor deze de vorm van de mal aanneemt, zoals is getoond in figuur 2c. Het vervormingsproces kan versneld en/of versterkt worden met vacuüm tussen het onderste membraan en de matrijs(holte) of zelfs hele onderste ketelhelft. De druk aan de andere zijde (110) kan tijdens het vervormen eventueel nog 30 opgevoerd worden. Omdat de vormmatrijs kouder is dan de rekristallisatie -of stoltemperatuur van de thermoplastische kunststof, zal de thermoplast/stack snel afkoelen in de gewenste vorm, waarmee de productiecyclus feitelijk wordt afgerond.

102947ba ♦ ) 13

Het moge duidelijk zijn dat het drukvat elke gewenste vorm kan hebben. Een andere uitvoeringsvorm van de inrichting met een drukvat met afwijkende vorm is bijvoorbeeld getoond in figuur 3.

5 Zoals uit het hierboven beschrevene duidelijk is geworden heeft de inrichting volgens de uitvinding vele voordelen. Verdere voordelen hebben betrekking op de relatief lage aanschafkosten van de inrichting t.o.v. een bekende autoclaaf. Deze dient immers volledig opwarmbaar te zijn en tegen hoge drukken bestand te zijn. De inrichting volgens de uitvinding heeft dit nadeel niet. Verder zijn korte productiecycli haalbaar 10 met de inrichting volgens de uitvinding daar deze voorzien is van een snel werkend open- en sluitmechanisme, wat korte ombouwtijden mogelijk maakt, en daar door het gebruik van de verwarmbare membranen enkel de stack wordt opgewarmd en het dus niet nodig is de verdere massa van de inrichting op te warmen. Voorts is het vormdeel integraal bereikbaar, en zijn geen verplaatsingen van de stack meer nodig van een 15 verwarmingseenheid naar het vormgevingswerktuig. De inrichting volgens de uitvinding heeft inderdaad als bijkomend voordeel dat verwarming en vormgeving vanuit één positie in dezelfde machineopstelling kan plaatsvinden.

Verder biedt de inrichting door haar eenvoud extra mogelijkheden. Zo is het bijvoorbeeld mogelijk de stack onder druk op te warmen (zowel vacuümdruk als 20 uitwendige positieve luchtdruk zijn mogelijk). Een bijzonder voordeel wordt verkregen bij het toepassen van zogenaamde en hierboven reeds beschreven “self-reinforced” kunststoffen, omdat de inrichting het mogelijk maakt de stack tijdens de opwarming en vervorming nog eens extra te verstrekken voordat deze wordt afgekoeld tegen de mal.

j 25 Een bijkomend voordeel van de inrichting volgens de werkwijze is dat de mal die de vorm van het vormdeel bepaalt relatief eenvoudig uitgevoerd kunnen worden. Zo is het bijvoorbeeld niet nodig de mal te voorzien van een glad of hoogglanzend maloppervlak, omdat de oppervlaktekwaliteit van het vormdeel vooral door het membraan wordt bepaald. Door een geschikte keuze van dit membraan kan elke gewenste 30 oppervlaktekwaliteit eenvoudig worden ingesteld.

De met de werkwijze volgens de uitvinding verkregen vormdelen kunnen als lichtgewicht constructie-element worden gebruikt in industriële toepassingen, zoals bijvoorbeeld in constructies, gebouwen, voertuigen, schepen, en dies meer. Een groot 102947 1 ; 5 14 voordeel van de werkwijze en inrichting volgens de uitvinding is dat dergelijke vormdelen op een eenvoudige en efficiënte wijze kunnen worden vervaardigd, waarbij het vormdeel goede mechanische eigenschappen vertoont.

i i i |

1 02947, JjB

Claims

1. Werkwijze voor het vervaardigen van een vormdeel uit een kunststof, bij 5 voorkeur een vezelversterkte kunststof, welke werkwijze tenminste de stappen omvat van a. het stapelen van ten minste één kunststoflaag tot een laminaat; b. het opnemen van het laminaat tussen tenminste twee membranen; c. het op een eerste temperatuur brengen van het aldus gevormde samenstel 10 door verwarming van tenminste één membraan; d. het vormen van het samenstel onder gebruikmaking van een op een tweede temperatuur gebracht vormgevingswerktuig.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat na opsluiting van het 15 laminaat tussen de tenminste twee membranen een vacuümdruk wordt aangebracht.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat aan de buitenzijde van het samenstel een overdruk wordt aangebracht.

4. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies met het kenmerk dat de tenminste twee membranen elk zijn opgenomen in een klemkader, waarbij de klemkaders rond een gemeenschappelijke zijde schamierbaar zijn, en dat de opsluiting van de stapeling gebeurt door deze tussen de klemkaders te plaatsen en de klemkaders scharnierend op elkaar te bewegen. 23

5. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het vormgevingswerktuig een mal omvat en dat het tot de eerste temperatuur verwarmde samenstel onder druk een geschikte tijd tegen het maloppervlak wordt gehouden.

6. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk dat het vormgevingswerktuig tevens een autoclaaf omvat, waarin de mal is opgenomen, en dat het samenstel onder druk tegen het maloppervlak wordt gehouden door de lucht die zich bevindt tussen het samenstel en het maloppervlak althans gedeeltelijk weg te voeren. 102947 1-

7. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat tenminste één van de kunststoflagen een vezelversterkte thermoplastische kunststof omvat.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk dat de eerste temperatuur hoger is dan de glasovergangstemperatuur van de thermoplastische kunststof of hoger is dan de laagste glasovergangstemperatuur in het geval meerdere thermoplastische kunststoffen worden toegepast.

9. Werkwijze volgens conclusie 7 of 8, met het kenmerk dat de eerste temperatuur hoger is dan de smelttemperatuur van de thermoplastische kunststof of hoger is dan de laagste smelttemperatuur in het geval meerdere thermoplastische kunststoffen worden toegepast.

10. Werkwijze volgens één der conclusies 7-9, met het kenmerk dat de tweede temperatuur lager is dan de glasovergangstemperatuur van de thermoplastische kunststof of lager is dan de laagste glasovergangstemperatuur in het geval meerdere thermoplastische kunststoffen worden toegepast.

11. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat tenminste één van de kunststoflagen een vezelversterkte thermohardende kunststof omvat.

12. Werkwijze volgens conclusie 11, met het kenmerk dat de eerste temperatuur 2’5 hoger is dan de uithardingstemperatuur van de thermohardende kunststof of hoger is dan de laagste uithardingstemperatuur in het geval meerdere thermohardende kunststoffen worden toegepast.

13. Werkwijze volgens één der conclusies 11-12, met het kenmerk dat de tweede 30 temperatuur lager is dan de glasovergangstemperatuur van de thermohardende kunststof lager is dan de laagste glasovergangstemperatuur in het geval meerdere thermohardende kunststoffen worden toegepast. II _______j 102947 !

14. Inrichting voor het vervaardigen van een vormdeel uit een kunststof, bij voorkeur een vezelversterkte kunststof, welke inrichting tenminste omvat a) opsluitmiddelen voor het opsluiten van een laminaat van ten minste één kunststoflaag tussen tenminste twee membranen; 5 b) eerste verwarmingsmiddelen voor het op een eerste temperatuur brengen van tenminste één membraan; c) een vormgevingswerktuig voor het vervormen van het laminaat; d) drukmiddelen voor het onder druk kunnen houden van het samenstel van laminaat en tenminste twee membranen, IQ

15. Inrichting volgens conclusie 14, met het kenmerk dat deze tevens is voorzien van middelen om een vacuümdruk aan te brengen tussen de tenminste twee membranen.

16. Inrichting volgens conclusie 14 of 15, met het kenmerk dat de eerste 15 verwarmingsmiddelen in tenminste één membraan aangebrachte elektrisch verwarmbare verwarmingselementen omvatten, en een hierop aangesloten elektrische stroomvoortbrenger.

17. Inrichting volgens één der conclusies 14 -16, met het kenmerk dat deze tevens 20 is voorzien van tweede verwarmingsmiddelen voor het op een tweede temperatuur brengen van het vormgevingswerktuig.

18. Inrichting volgens één der conclusies 14-17, met het kenmerk dat deze tevens is voorzien van een samenstel van klemkaders, waartussen membranen zijn opgenomen, 25 waarbij de klemkaders rond een gemeenschappelijke zijde schamierbaar zijn.

19. Inrichting volgens één der conclusies 14-18, met het kenmerk dat de drukmiddelen een autoclaaf omvatten waarin lucht kan worden aangevoerd om de druk te verhogen, waarbij de autoclaaf tevens is voorzien van tenminste één ventiel om lucht 30 uit de autoclaaf te laten ontsnappen.

20. Verwarmbaar membraan voor de vervaardiging van vormdelen uit vezelversterkte kunststof door middel van een hiertoe geschikt vormgevingswerktuig, met het kenmerk, dat het membraan verwarmingselementen omvat. 102947 1- t I

21. Verwarmbaar membraan volgens conclusie 16, met het kenmerk, dat het membraan elastisch is.

22. Verwarmbaar membraan volgens conclusie 20 of 21, met het kenmerk, dat de verwarmingselementen metaaldraad omvatten

23. Verwarmbaar membraan volgens conclusie 20 of 21, met het kenmerk, dat het membraan een elektrisch geleidende elastomeer compound omvat. 10

24. Verwarmbaar.membraan volgens één der conclusies 20 - 23, met het kenmerk, dat de verwarmingselementen een rond een kerndraad gewikkelde metaaldraad omvatten.

25. Verwarmbaar membraan volgens één der conclusies 20 - 24, met het kenmerk, dat de verwarmingselementen een weefsel omvatten van rond een kerndraad gewikkelde metaaldraden. j 102947 1- i