NL2000663C2

NL2000663C2 - Werkwijze en inrichting voor het vervaardigen van een vormdeel uit een velvormig materiaal.

Info

Publication number: NL2000663C2
Application number: NL2000663A
Authority: NL
Inventors: Roelof Marissen; Dieter Decoster; Valeria Antonelli
Original assignee: Univ Delft Technology
Priority date: 2007-05-25
Filing date: 2007-05-25
Publication date: 2008-11-28
Also published as: WO2008147185A1

Description

Werkwijze en inrichting voor het vervaardigen van een vormdeel uit een velvormig materiaal

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een 5 vormdeel uit een velvormig materiaal. De uitvinding betreft eveneens een inrichting voor het vervaardigen van het vormdeel. Voorts betreft de uitvinding een vormdeel verkrijgbaar met de uitgevonden werkwijze.

Er zijn meerdere werkwijzen bekend voor het vervaardigen van een vormdeel uit een 10 velvormig materiaal. Het velvormig materiaal kan bijvoorbeeld een metaallaag zijn, of een kunststoflaag, of in het bijzonder een vezelversterkte kunststoflaag, of eventueel een samenstel van dergelijke lagen. Zo zijn werkwijzen bekend waarin velvormig materiaal in al dan niet verwarmde toestand tussen twee matrijshelften onder druk wordt gevormd tot een vormdeel. In dergelijke werkwijzen (ook wel aangeduid met persen of met de 15 engelse term “compression molding”) worden beide matrijshelften doorgaans uit metaal opgebouwd om de vereiste maatnauwkeurigheid, slijt vastheid en duurzaamheid te kunnen verkrijgen. Een nadeel van het gebruik van metalen matrijshelften is dat deze een bijzonder nauwkeurige maatvoering moeten bezitten, omdat bij geringe afwijkingen van de maatvoering de door de matrijshelften tijdens het persen op het velvormig 20 materiaal uitgeoefende druk inhomogeen wordt. Tijdens het persen zullen sommige delen van het materiaal hoge drukken ondervinden en andere delen nauwelijks onder druk worden gezet. In het bijzonder wanneer het velvormig materiaal is opgebouwd uit verschillende lagen, die tijdens het persen onderling verbonden dienen te worden (dienen te worden “geconsolideerd”) kan dit leiden tot plaatselijk slecht 25 geconsolideerde lagen en risico voor delaminatie. Het gebruik van matrijshelften uit een zachter materiaal, zoals bijvoorbeeld rubber, lost dit probleem niet op. Ook bij gebruik van rubberen matrijshelften is de drukverdeling niet homogeen en bovendien gaat het gebruik van rubber ten koste van de slijtvastheid en de duurzaamheid van de betreffende matrijshelft. Daarbij komt nog dat bij werkwijzen waarbij relatief hoge temperaturen 30 worden toegepast een op zichzelf voldoende maatnauwkeurigheid bij kamertemperatuur verloren kan gaan door de relatief hoge thermische uitzetting van rubber. Vervorming van de rubberen matrijshelft kan leiden tot slecht gevormde vormdelen, die bijvoorbeeld afgeronde hoeken vertonen, daar waar rechte hoeken gewenst waren.

2

De onderhavige uitvinding heeft onder andere ten doel een werkwijze en inrichting voor het vervaardigen van een vormdeel uit velvormig materiaal te verschaffen, die althans een gedeelte van de hierboven genoemde nadelen niet bezit.

5 De werkwijze volgens de uitvinding voor het vervaardigen van een vormdeel uit een velvormig materiaal omvat hiertoe de stappen van a) het verschaffen van een eerste matrijshelft uit een vormvast materiaal; b) het verschaffen van een tweede matrijshelft in de vorm van een verzameling materiaaldeeltjes die zich bevindt in opsluitmiddelen; 10 c) het tussen beide matrijshelften onder druk vervormen van het velvormig materiaal.

Door volgens de onderhavige uitvinding althans één matrijshelft uit te voeren in de vorm van een verzameling materiaaldeeltjes die zich bevindt in opsluitmiddelen wordt bij het persen van het velvormig materiaal tussen de twee matrijshelften een ten 15 opzichte van de stand der techniek verbeterde drukverdeling verkregen. Hierdoor wordt een vormdeel verkregen met verbeterde mechanische eigenschappen. In het bijzonder wanneer het velvormig materiaal is opgebouwd uit een stapeling van meerdere materiaallagen wordt een vormdeel verkregen met een ten opzichte van de stand der techniek verbeterde delaminatieweerstand. Door de uitzonderlijk gunstige 20 drukverdeling tijdens het persen kunnen tevens vormdelen worden verkregen met ingewikkelde vorm, waarbij ongewenste effecten zoals bijvoorbeeld scheurvorming in het velvormig materiaal als gevolg van de sterke vervorming tijdens het persen worden verminderd of vermeden. De eerste matrijshelft wordt uit een vormvast materiaal vervaardigd, zoals bijvoorbeeld een metaal. Met vormvast wordt bedoeld dat de eerste 25 matrijshelft nagenoeg niet van vorm verandert bij het onder druk vervormen van het velvormig materiaal.

In een eerste voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding omvat stap c) het onder druk verplaatsen van tenminste een gedeelte van de deeltjes tot tegen 30 het velvormig materiaal waardoor dit materiaal wordt vervormd en tegen de eerste matrijshelft wordt gedrukt. In deze uitvoeringsvariant van de werkwijze volgens de uitvinding wordt een velvormig materiaal op een eerste temperatuur gebracht, en vervolgens tussen beide matrijshelften geplaatst. Vervolgens wordt tenminste één matrijshelft tot nagenoeg tegen het materiaal bewogen. Dit zal doorgaans de tweede 3 matrijshelft zijn doch dit is niet noodzakelijk. In deze toestand wordt vervolgens tenminste een gedeelte van de deeltjes onder druk verplaatst naar het velvormig materiaal waardoor het materiaal wordt vervormd en tegen de eerste matrijshelft wordt aangedrukt. Beide matrijshelften worden vervolgens na een geschikte tijd geopend en 5 het vormdeel verwijderd.

Een tweede voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat stap c) omvat het onder druk verplaatsen van de eerste matrijshelft tot tegen het velvormig materiaal waardoor dit materiaal wordt vervormd en tegen de 10 tweede matrijshelft wordt gedrukt. In deze uitvoeringsvariant van de werkwijze volgens de uitvinding wordt een velvormig materiaal op een eerste temperatuur gebracht, en vervolgens tussen beide matrijshelften geplaatst. Vervolgens wordt de eerste matrijshelft verplaatst tot nagenoeg tegen het velvormig materiaal en onder druk in de zich in de opsluitmiddelen bevindende materiaaldeeltjes bewogen. Hierdoor wordt het 15 materiaal vervormd en tegen de zich in de opsluitmiddelen bevindende materiaaldeeltjes aangedrukt. Beide matrijshelften worden vervolgens na een geschikte tijd geopend en het vormdeel verwijderd.

In het bijzonder is het mogelijk met de uitgevonden werkwijze vormdelen te verkrijgen 20 met ondersnijdingen. Dergelijke vormdelen zijn niet te vervaardigen met de bekende werkwijze omdat de matrijshelften niet in elkaar passen. De verbeterde drukverdeling op het velvormig materiaal tijdens het persen wordt in het bijzonder verkregen doordat de materiaaldeeltjes bij het onder druk verplaatsen ervan tot tegen het velvormig materiaal - waardoor het materiaal wordt vervormd en tegen de eerste matrijshelft wordt 25 aangedrukt - in hoofdzaak in alle beschikbare ruimte worden gedreven. Bovendien zullen zij in dit proces een pakking vertonen die is aangepast aan de druk. Een en ander leidt ertoe dat de drukverdeling veel homogener zal zijn dan in de bekende werkwijze het geval is. Bovendien komt deze drukverdeling als het ware automatisch tot stand door onderlinge verplaatsing en vervorming van deeltjes. Een verder voordeel van de 30 werkwijze volgens de uitvinding is dat bij optredende beschadiging van de tweede matrijshelft deze niet hoeft te worden vervangen. Gebleken is dat een tweede matrijshelft bruikbaar blijft wanneer deze beschadigde materiaaldeeltjes bevat, omdat de deeltjes in hoofdzaak hun oorspronkelijke vorm blijven behouden. Mocht het aantal beschadigde deeltjes te groot zijn, of de beschadiging te ernstige vormen aannemen, dan 4 is het voldoende de beschadigde materiaaldeeltjes in een dergelijk geval te verwijderen uit de verzameling, desgewenst nieuwe deeltjes toe te voegen, waarna de matrijshelft opnieuw bruikbaar is. Dit bespaart aanzienlijke kosten en vermijdt bovendien tijdsverlies in productie. Nog een voordeel van de werkwijze volgens onderhavige 5 uitvinding is dat er hoegenaamd geen speciale voorzieningen nodig zijn boven deze die reeds bekend zijn uit de stand der techniek. Zo is het bijvoorbeeld geenszins noodzakelijk nauwkeurige afdichtingsmiddelen te voorzien, zoals dat bijvoorbeeld het geval is bij het zogenaamde hydrovormen, waarbij een opgesloten vloeibaar medium als matrijshelft wordt toegepast. Bij hydrovormen worden hoge eisen gesteld aan de 10 afdichtingsmiddelen die er voor moeten zorgen dat het vloeibare medium niet kan ontsnappen. Dit is niet nodig bij onderhavige werkwijze.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt deze gekenmerkt doordat het onder druk verplaatsen van tenminste een gedeelte van de 15 deeltjes tot tegen het velvormig materiaal gepaard gaat met verbreking van een wandgedeelte van de opsluitmiddelen. Een dergelijke variant behoeft geen bewegende delen om de verzameling materiaaldeeltjes onder druk uit de opsluitmiddelen te laten ontsnappen, en is daardoor storingsongevoelig en onderhoudsarm.

20 Nog een andere voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat het onder druk verplaatsen van tenminste een gedeelte van de deeltjes tot tegen het velvormig materiaal gepaard gaat met verplaatsing van een wandgedeelte van de opsluitmiddelen waardoor een opening ontstaat. Een dergelijke voorkeursvariant omvat bewegende delen doch het ontsnappen van de materiaaldeeltjes 25 uit de opsluitmiddelen kan gecontroleerd plaatsvinden, waarbij het risico op onverwachts vrijkomen van de deeltjes wordt verkleind. In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding omvatten de opsluitmiddelen een open wandgedeelte dat naar het te vormen vormdeel is gericht en worden de deeltjes pas aan de opsluitmiddelen toegevoerd, wanneer de opsluitmiddelen 30 reeds nagenoeg met het open wandgedeelte aansluiten op het te vormen vormdeel. Een dergelijke voorkeursvariant omvat geen bewegende delen en het ontsnappen van de materiaaldeeltjes uit de opsluitmiddelen kan toch gecontroleerd plaatsvinden.

5

Bij voorkeur wordt de werkwijze volgens de uitvinding gekenmerkt doordat het onder druk verplaatsen van tenminste een gedeelte van de deeltjes tot tegen het velvormig materiaal gepaard gaat met verplaatsing van een flexibel wandgedeelte van de opsluitmiddelen waardoor dit gedeelte tegen het velvormig materiaal wordt aangedrukt.

5 In een dergelijke voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze komen de materiaal deeltjes niet direct in contact met het velvormig materiaal. Bovendien bevinden de materiaaldeeltjes zich na het vormgevingsproces nog immer in de opsluitmiddelen, waardoor de tweede matrijshelft nagenoeg onmiddellijk opnieuw is te gebmiken. Verder zal het oppervlak van het vormdeel dat in contact is gekomen met de 10 materiaaldeeltjes, en daardoor de afdruk ervan zal vertonen, zichtbaar gladder zijn, wat voor sommige toepassingen van belang is. De aanwezigheid van het flexibel wandgedeelte immers, bijvoorbeeld in de vorm van een folie, zal deze afdruk visueel minder sterk maken.

15 Een andere voorkeursvariant van de werkwijze volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat na het uitvoeren van stap c) de materiaaldeeltjes door middel van aizuigmiddelen worden verwijderd. Dergelijke middelen zijn op zich bekend en kunnen bijvoorbeeld een inrichting omvatten die de deeltjes wegzuigt en onmiddellijk opnieuw terugvoert aan de opsluitmiddelen. Ook is het mogelijk de materiaaldeeltjes handmatig of met 20 behulp van wegblaasmiddelen te verwijderen.

In beginsel kan de werkwijze volgens de uitvinding worden uitgevoerd met materiaaldeeltjes van willekeurige vorm. Het heeft echter voordelen de werkwijze te kenmerken doordat tenminste een gedeelte van de deeltjes een dusdanige vorm heeft dat 25 de verzameling materiaaldeeltjes een zo dicht mogelijke pakking vertoont bij aanbrengen in de opsluitmiddelen, en met meer voorkeur bij willekeurig aanbrengen ervan in de opsluitmiddelen. Hierdoor zal de drukverdeling nog homogener worden. Niet alle materiaaldeeltjes hoeven hierbij dezelfde vorm te hebben. Het kan zelfs gunstig zijn groepen deeltjes een andere vorm te geven dan een andere groep om 30 zodoende de gewenste dichtst mogelijke pakking te verkrijgen. Verder heeft deze voorkeursuitvoeringsvorm als voordeel dat de opsluitmiddelen minder hoog gevuld worden wat het rendement van de werkwijze verhoogt. Verder is er ook minder kans op interne plooivorming in het vormdeel. In dit kader wordt wel onderscheid gemaakt tussen een zogenaamde “random loose packing” en een “random close packing”. De 6 eerste ontstaat door willekeurig vullen van de opsluitmiddelen met de materiaaldeeltjes, de tweede door hierna het geheel aan vibratie te onderwerpen. Bij voorkeur zijn zowel de “random loose packing” als de “random close packing” van de materiaaldeeltjes in de opsluitmiddelen maximaal door het kiezen van een geschikte vorm van de 5 materiaaldeeltjes. Gebleken is dat een bijzonder geschikte vorm hiervoor een (nagenoeg) ellipsoïde vorm is. Het heeft extra voordelen wanneer de verhouding van de drie assen van de ellipsoïde deeltjes gelegen is tussen 0.6 : 1 : 1.50 en 0.9 : 1 : 1.10, en met meer voorkeur 0.8 : 1 : 1.25 bedraagt. Het moge duidelijk zijn dat de werkwijze volgens de uitvinding ook goed werkt wanneer de materiaaldeeltjes een geordende 10 pakking vertonen.

De werkwijze volgens de uitvinding kan in beginsel worden uitgevoerd met deeltjes uit om het even welk materiaal, en van om het even welke gemiddelde grootte. Bij een relatief kleine gemiddelde grootte van de materiaaldeeltjes zal de drukverdeling 15 doorgaans homogener worden, en de afdruk visueel minder duidelijk, doch dit gaat ten koste van de afdichting en opsluiting van de deeltjes. Een vormdeel dat verkrijgbaar is met de werkwijze volgens de uitvinding zal tenminste één oppervlak omvatten met een oppervlaktetextuur in de vorm van dieper gelegen delen omgeven door opgestuwde randen. Dit oppervlak komt overeen met het oppervlak dat in contact is gekomen met de 20 materiaaldeeltjes tijdens het uitvoeren van de werkwijze. De dieper gelegen delen ontstaan door de indrukkingen van de materiaaldeeltjes in het oppervlak van het nog niet volledig vormgegeven velvormig materiaal. Omdat geen materiaal verloren kan gaan zal een gedeelte van het velvormig materiaal langs de randen van de indrukkingen omhoog gestuwd worden. De opstuwing kan hierbij nauwelijks zichtbaar zijn doch het 25 is ook mogelijk dat de randen duidelijk waarneembaar zijn. Onder andere afhankelijk van de afmetingen van de materiaaldeeltjes is het bij het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding echter tevens mogelijk dat een oppervlaktetextuur in de vorm van dieper gelegen delen omgeven door opgestuwde randen in het geheel niet zichtbaar is. Ook is het mogelijk dat de oppervlaktestructuur slechts microscopisch zichtbaar is.

30

Bij toepassing van deeltjes met een relatief lage hardheid is minder druk nodig om de deeltjes zelf te vervormen tot een homogene tweede matrijshelft. Dit komt ten goede aan de homogeniteit van de drukverdeling. Bovendien is een dergelijke tweede matrijshelft goed bestand tegen hoge drukken, omdat bij een hoge druk de deeltjes 7 dusdanig worden ondersteund door naastliggende deeltjes en/of door de opsluitmiddelen dat zij nauwelijks nog vervormen.

In een verdere voorkeursvariant van de werkwijze volgens de uitvinding worden de 5 deeltjes gekozen uit de groep van metaaldeeltjes, kunststofdeeltjes, en minerale deeltjes. Bij voorkeur zijn de deeltjes rubber deeltjes, en meer bij voorkeur siliconenrubber deeltjes. Dergelijke siliconenrubber deeltjes vertonen een verbeterde bestandheid tegen hoge temperaturen.

10 Het onder druk verplaatsen van tenminste een gedeelte van de materiaaldeeltjes tot tegen het velvormig materiaal waardoor het materiaal wordt vervormd en tegen de eerste matrijs wordt aangedrukt kan in beginsel bij elke geschikte druk gebeuren. De toegepaste drukken zijn hierbij bij voorkeur hoog genoeg om de ruimte tussen de materiaaldeeltjes klein te maken waardoor een homogene drukverdeling wordt 15 verkregen. Verder zijn de drukken bij voorkeur hoog genoeg om de vervormingsweerstand van de rubberdeeltjes en het te vormen velvormig materiaal te overwinnen. Typische drukken liggen doorgaans tussen 5 en 500 bar, waarbij drukken gelegen tussen 10 en 200 bar de voorkeur hebben, en drukken gelegen tussen 20 en 100 bar de meeste voorkeur.

20

De uitvinding betreft eveneens een inrichting voor het vervaardigen van een vormdeel uit een velvormig materiaal, welke inrichting omvat: a) tenminste een eerste matrijshelft uit een vormvast materiaal; b) tenminste een tweede matrijshelft in de vorm van een verzameling materiaaldeeltjes; 25 c) opsluitmiddelen voor het opnemen van de materiaaldeeltjes; d) middelen voor het onder druk vervormen van het velvormig materiaal.

De voordelen van de inrichting zijn reeds uitvoerig besproken in het kader van de hierboven reeds beschreven werkwijze volgens de uitvinding.

30

Volgens de uitvinding wordt het velvormig materiaal op een eerste temperatuur gebracht voordat het tussen de matrijshelften wordt gebracht en onder druk wordt vervormd. De hoogte van de eerste temperatuur is onder andere afhankelijk van het type thermoplastische kunststof, van het type metaal, maar bijvoorbeeld ook van de vorm 8 van het te vervaardigen vormdeel, en kan variëren van temperaturen onder kamertemperatuur tot honderden °C. Het heeft hierbij voordelen de eerste temperatuur hoger te kiezen dan de glasovergangstemperatuur van de thermoplastische kunststof of hoger te kiezen dan de laagste glasovergangstemperatuur in het geval meerdere 5 thermoplastische kunststoffen worden toegepast. Met meer voorkeur is de eerste temperatuur hoger dan de smelttemperatuur van de thermoplastische kunststof of hoger dan de laagste smelttemperatuur in het geval meerdere thermoplastische kunststoffen worden toegepast. Een geschikte werkwijze voor het op de eerste temperatuur brengen bestaat er bijvoorbeeld in het velvormig materiaal te verwarmen met behulp van 10 contactwarmte door deze tussen warme platen of rollen te plaatsen. Het gebruik van rollen heeft als voordeel dat het velvormig materiaal tegelijkertijd verwarmd en getransporteerd kan worden. Ook is het mogelijk het samenstel door middel van stralingswarmte, bijvoorbeeld infrarood (IR) op te warmen, hetgeen in bepaalde gevallen de voorkeur heeft. Eens opgewarmd wordt het velvormig materiaal 15 bijvoorbeeld in een pers, die beide matrijshelften omvat, gebracht. Tenminste de eerste matrijshelft heeft hierbij een tweede temperatuur die doorgaans doch niet noodzakelijk lager is dan de eerste temperatuur. Door sluiting van de pers worden de matrijshelften op elkaar geperst onder vervorming van het velvormig materiaal, waarbij in het geval het velvormig materiaal opgebouwd is uit meerdere lagen deze onderling worden 20 verbonden of geconsolideerd. Een andere mogelijke uitvoeringsvorm bestaat erin het velvormig materiaal op de eerste temperatuur te brengen door dit in een tot de eerste temperatuur verwarmde matrijs te plaatsen. Vervolgens wordt de matrijs gesloten en afgekoeld tot de tweede temperatuur. Een verder voordeel van de werkwijze volgens de uitvinding is dat de toegepaste temperaturen niet worden begrensd door het toegepaste 25 matrijsmateriaal. De materiaaldeeltjes kunnen een zekere mate van degradatie ondergaan zonder dat dit bijzonder nadelig is voor de visuele en mechanische eigenschappen van het met de werkwijze gevormde vormdeel.

In het geval een thermohardende kunststof wordt toegepast is de eerste temperatuur 30 doorgaans lager dan de tweede temperatuur, bijvoorbeeld kamertemperatuur. Een velvormig materiaal op basis van een thermohardende kunststof hoeft doorgaans niet te worden opgewarmd voorafgaand aan plaatsing tussen beide matrijshelften. Opwarming kan zelfs nadelig zijn vanwege het risico op voortijdige uitharding. Tenminste de eerste matrijshelft heeft in onderhavige uitvoeringsvariant een tweede temperatuur die 9 doorgaans doch niet noodzakelijk hoger is dan de eerste temperatuur. Door sluiting van de pers worden de matrijshelften op elkaar geperst onder vervorming van het velvormig materiaal, waarbij, in het geval het velvormig materiaal opgebouwd is uit meerdere lagen, deze onderling worden verbonden of geconsolideerd door chemische uitharding 5 van de thermohardende matrix.

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 bijvoorbeeld gesproken wordt van het op een eerste temperatuur brengen van het 10 velvormig materiaal, hiermee wordt bedoeld dat het materiaal gemiddeld gezien de eerste temperatuur heeft aangenomen, waarbij plaatselijke variaties kunnen optreden. Hetzelfde geldt voor het op de tweede temperatuur brengen van tenminste één matrijshelft. Ook hier is het mogelijk dat plaatselijk een andere temperatuur heerst, die weliswaar niet veel zal afwijken van de gemiddelde tweede temperatuur.

15

De werkwijze volgens de uitvinding is niet beperkt tot bepaalde thermoplastische en/of thermohardende kunststoffen. In beginsel zijn alle kunststoffen geschikt.

Bij voorkeur wordt de werkwijze volgens de uitvinding gekenmerkt doordat het 20 velvormig materiaal een vezelversterkte kunststof omvat. Geschikte versterkingsvezels zijn bijvoorbeeld glasvezels, koolstofvezels, metaalvezels, versterkte thermoplastische kunststofvezels, zoals bijvoorbeeld aramidevezels en ultrahoog moleculair gewicht polyetheen of polypropeen vezels, alsmede natuurvezels zoals bijvoorbeeld vlas-, houten hennepvezels.

25

De werkwijze volgens de uitvinding kan echter evenzeer worden toegepast voor het vervaardigen van vormdelen uit metaal, zoals bijvoorbeeld staallegeringen, aluminiumlegeringen, en dies meer. Ook combinaties van metaallagen met vezelversterkte kunststoflagen zijn mogelijk. Tevens is het mogelijk in de werkwijze 30 volgens de uitvinding een velvormig materiaal toe te passen dat tenminste één vezellaag bevat. Een dergelijke droge vezellaag (niet geïmpregneerd met een thermohardende of thermoplastische kunststof) of deels geïmpregneerde vezellaag (semi-preg) heeft als voordeel dat deze relatief gemakkelijk vervormbaar is. Bovendien verhoogt de toepassing ervan de flexibiliteit van de werkwijze. Doordat de drukverdeling bij de 10 uitgevonden werkwijze homogener is, is de werkwijze “ toleranter”, waarmee in onderhavig geval wordt bedoeld dat door tenminste één vezellaag tezamen met de andere kunststoflagen van het velvormig materiaal te vervormen verrassenderwijs een goed geconsolideerd vormdeel wordt verkregen, waarbij de benatting (impregnatie) van 5 de vezels met de kunststof tijdens het vervormingsproces plaatsheeft. Ook is het mogelijk in een dergelijke uitvoeringsvorm zogenaamde commingled en/of intermingled rovings toe te passen. Dergelijke rovings omvatten een versterkingsvezel en een thermoplastische kunststof in vezelvorm.

10 Bij voorkeur omvat de vezellaag en/of de vezelversterkte kunststoflaag in hoofdzaak continue vezels die zich in 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). Ook is het mogelijk 15 discontinue vezels toe te passen.

Na het op de eerste temperatuur brengen van het velvormig materiaal wordt dit vervolgens overgebracht naar een vorminrichting, die tenminste een eerste en een tweede matrijshelft bevat, en die zich althans gedeeltelijk op een tweede temperatuur 20 bevindt. Om het overbrengen te vergemakkelijken kan het velvormig materiaal eventueel zijn opgenomen in een klemkader. Een bijkomend voordeel van het gebruik van een klemkader of zogenaamde plooihouder is dat dit toelaat om het velvormig materiaal, in het geval dit bijvoorbeeld metaallagen omvat, tijdens het vormgeven direct plastisch te laten deformeren daar waar door vervorming de vloeispanning wordt 25 bereikt. Het klemkader verloopt meestal langs de omtreksranden van het velvormig materiaal.

De uitvinding wordt hierna toegelicht aan de hand van de bij gevoegde figuren, zonder hier overigens toe te worden beperkt. In de figuren toont: 30 Fig. 1 een schematische weergave van een gedeelte van een inrichting volgens de uitvinding;

Fig. 2 schematisch de stappen van een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding;

Fig. 3 schematisch een gedeelte van de inrichting volgens de uitvinding; en 11

Fig. 4 een afdruk van een in de matrijshelften geplaatste drukfolie bij de bekende werkwijze; en tenslotte

Fig. 5 een afdruk van een in de matrijshelften geplaatste drukfolie bij de werkwijze volgens de uitvinding.

5

Onder verwijzing naar figuur 1 wordt een gedeelte van een inrichting 1 getoond voor het vervaardigen van een vormdeel uit een velvormig materiaal 40, bijvoorbeeld een aantal lagen thermoplastisch composiet. Inrichting 1 omvat een eerste matrijshelft 10, die van een vormholte 11 is voorzien. De geometrie van de vormholte 11 bepaalt de 10 uiteindelijke vorm van het met de werkwijze vervaardigde vormdeel. Inrichting 1 omvat tevens een tweede matrijshelft 20 in de vorm van een verzameling materiaaldeeltjes 21, die opneembaar zijn in opsluitmiddelen 22. In de getoonde uitvoeringsvorm omvatten de opsluitmiddelen 22 een omtrekslichaam 23, dat aan de bovenzijde ervan is voorzien van een toevoeropening 240. Door toevoeropening 240 kan de verzameling 15 materiaaldeeltjes 21 worden toegevoerd. De inrichting 1 omvat verder middelen 24 voor het onder druk verplaatsen van tenminste een gedeelte van de materiaaldeeltjes 21 naar de vormholte 11. Drukmiddelen 24 omvatten in de getoonde variant een drukplaat 29 die dusdanig is gevormd dat deze in de aangegeven richting R in het omtrekslichaam 23 kan worden verschoven. Dit gebeurt door niet verder getoonde middelen, zoals 20 bijvoorbeeld een hydraulische pomp, die via drukcilinder 290 de drukplaat 29 kan bewegen. Opsluitmiddelen 22 omvatten verder een eindplaat 25, die aan de onderzijde is voorzien van een opening 27. Door middel van opening 27 kunnen de materiaaldeeltjes 21 toegang krijgen tot de vormholte 11. De eindplaat heeft tevens een verzonken wandgedeelte 26, waarin een schuif 28 kan worden geschoven. Met schuif 25 28 kan de opening 27 desgewenst worden afgesloten.

Onder verwijzing naar figuur 2 worden middelen 30 getoond voor het tussen beide matrijshelften (10, 20) aanbrengen van thermoplastisch composiet 40. Deze middelen 30 maken eveneens deel uit van inrichting 1, en omvatten een klemkader, dat wordt 30 gevormd door onderling verbindbare dwars- en langsverbanden (32, 33). Het thermoplastisch composiet 40 wordt door spanklemmen 34 aan het klemkader vastgemaakt. Het klemkader (32, 33) is verbonden met zwenkbare pootprofielen 35, die ter hoogte van de hoekpunten van het klemkader zijn aangebracht. Zij zijn twee per 12 twee verbonden met een koppelstang 31. De pootprofielen 35 zijn zwenkbaar rond as 36, waardoor het klemkader op verschillende hoogte kan worden gebracht.

Figuur 2 toont een voorkeursvariant van de werkwijze volgens de uitvinding. Zoals in 5 figuur 2 getoond wordt een eerste, van een vormholte 11 voorziene matrijshelft 10 verschaft, evenals een tweede matrijshelft in de vorm van een verzameling materiaal deeltjes 21 die zich bevindt in opsluitmiddelen 23. De verzameling materiaaldeeltjes wordt afgesloten door middel van een verplaatsbaar wandgedeelte 28 van de opsluitmiddelen, bijvoorbeeld een schuif. Verder wordt een velvormig materiaal 10 40 verschaft, dat op een eerste temperatuur wordt gebracht door middel van verwarmingsmiddelen 50, zoals schematisch in figuur 2 onder A getoond. Verwarmingsmiddelen 40 omvatten bijvoorbeeld een infrarood oven of panelen, doch elke andere wijze van verwarmen is eveneens geschikt. Zoals in figuur 2 getoond onder B wordt het op de eerste temperatuur gebrachte velvormig materiaal door middel van 15 het in figuur 3 getoonde klemkader 30 tussen beide matrijshelften aangebracht. Vervolgens wordt in de getoonde uitvoeringsvorm van de werkwijze de tweede matrijshelft (21,23) in de nabijheid gebracht van het velvormig materiaal. Dit is getoond in figuur 2 onder C. In stap D wordt vervolgens het wandgedeelte 28 verwijderd waardoor de verzameling deeltjes 21 vrijkomt uit de opsluitmiddelen 23 en in contact 20 treedt met het velvormig materiaal 40. Vervolgens worden de deeltjes 21 onder druk verplaatst naar de vormholte 11 waardoor het materiaal 40 wordt vervormd en tegen de vormholte 11 wordt aangedrukt. Deze stap is geïllustreerd in figuur 2 onder E. De plaat 25 fungeert hierbij als plooihouder voor het velvormig materiaal 40. De deeltjes 21 worden onder druk in de vormholte 11 geperst door plunjerconstructie (29,290).

25 Materiaal 40 wordt in deze stap gelijkmatig tegen de vormholte 11 aangedrukt waardoor het materiaal na een bepaalde tijd de temperatuur zal aannemen die heerst ter hoogte van de vormholte 11. Deze temperatuur wordt in het kader van deze aanvraag aangeduid met tweede temperatuur. Voor een thermoplastisch materiaal is het aangewezen de eerste temperatuur hoog genoeg te kiezen om het materiaal gemakkelijk 30 te kunnen vervormen, bijvoorbeeld hoger dan de glasovergangstemperatuur en/of de smelttemperatuur van de thermoplast. De tweede temperatuur zal dan doorgaans lager liggen dan de glasovergangstemperatuur en/of de smelttemperatuur van de thermoplast. Voor een thermohardend materiaal is het aangewezen de eerste temperatuur laag genoeg te kiezen om het materiaal niet voortijdig uit te laten harden. De tweede temperatuur zal 13 dan doorgaans dusdanig hoog worden gekozen dat de thermoharder in een geschikte tijd althans gedeeltelijk kan uitharden. In beide gevallen is het gevormde vormdeel na een geschikte tijd vormstabiel genoeg om dit na openen van beide matrijshelften te kunnen verwijderen, zoals is getoond in figuur 2 onder F. In of na deze stap worden de 5 betreffende materiaaldeeltjes 21 door middel van niet getoonde afzuigmiddelen verwijderd uit de opsluitmiddelen 23 en/of het vervaardigde vormdeel 400. Zoals eveneens is getoond in figuur 2F is het mogelijk ten minste een gedeelte van de aldus verwijderde materiaaldeeltjes 21 opnieuw te gebruiken door deze via een vulopening 241 aan de opsluitmiddelen 23 toe te voeren, waarna de werkwijze cyclus kan worden 10 hervat.

Onder verwijzing naar figuur 4 wordt een afdruk getoond van een drukfolie die in de vormholte van de eerste matrijshelft werd aangebracht voorafgaand aan het uitvoeren van de bekende werkwijze. De eerste matrijshelft had een U-vormige vormholte. De 15 tweede matrijshelft betrof een uit rubber vervaardigde stempel met nagenoeg dezelfde vorm. In de eerste matrijshelft werd een strook drukfolie aangebracht die van de ene zijde van de U-vorm naar de tegenoverliggende zijde verliep. In figuur 4 is de drukfolie na verwijdering uit de matrijs vlak gelegd. Het linkerzij vlak verloopt over de met A aangegeven afstand, het grondvlak over de met B aangegeven afstand, en het 20 rechterzij vlak over de met C aangegeven afstand. De drukfolie verkleurt bij hoge drukken donkerder dan bij lage drukken. De middenstrook D heeft een donkere kleur en geeft de relatief homogene druk weer over het grondvlak van het U-profiel. Direct aangrenzend hieraan zijn ter linker- en rechterzijde twee lichte stroken E en F zichtbaar. Deze gebieden komen overeen met de hoeken van het U-profiel. Duidelijk is te zien dat 25 hier een lage druk heeft geheerst tijdens het persen. Verder buitenwaarts zijn afdrukken G en H zichtbaar die typerend zijn voor respectievelijk linker en rechter zijvlak. Afdrukken G en H laten eveneens een inhomogene drukverdeling zien, waarbij de verkleuring aangrenzend aan de hoeken donker begint en buitenwaarts steeds lichter wordt. Het getoonde sterk inhomogene drukprofiel wordt veroorzaakt door tonvorming 30 van de rubber stempel, waarbij de zijvlakken ervan naar buiten uitbuigen. Dit is ongunstig voor de eigenschappen van het vormdeel.

Onder verwijzing naar figuur 5 wordt een afdruk getoond van stroken drukfolie die in de vormholte van de eerste matrijshelft en op gedeeltes van het manteloppervlak van de 14 - cilindrisch gevormde - opsluitmiddelen werden aangebracht voorafgaand aan het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding. De werkwijze werd uitgevoerd met kubusvormige rubberdeeltjes, welke vorm op zich niet optimaal is voor het bereiken van een homogene drukverdeling, onder andere omdat de stapeling van kubusvormige 5 deeltjes niet volgens een dichtste pakking verloopt. Onder A wordt de afdruk getoond van een op de bodem van de eerste matrijshelft geplaatste strook drukfolie. Afdrukken B en C betreffen stroken drukfolie die op het binnen manteloppervlak van de opsluitmiddelen waren aangebracht. Zoals goed waarneembaar is vertonen de drukfolies allen hetzelfde drukprofiel. Er is geen verschil waar te nemen in de afdrukken A, B en C 10 op zich, nog tussen de afdrukken A, B, en C onderling. Met de uitgevonden werkwijze wordt dus een drukprofiel verkregen dat macroscopisch homogeen is, of slechts weinig hiervan afwijkt. Ook is de afdruk van de kubusvormige deeltjes goed waarneembaar. Deze afdruk kan worden beschreven als gebieden 210 met hoge druk, omgeven door randen 211 met lagere druk. Dit drukprofiel veroorzaakt op de contactzijde van het 15 vormdeel met de tweede matrijshelft in het vormdeel een oppervlaktetextuur in de vorm van dieper gelegen delen omgeven door opgestuwde randen. De dieper gelegen delen komen overeen met de gebieden 210, de opgestuwde randen met de gebieden 211. Het moge duidelijk zijn dat door de vorm van de deeltjes dusdanig te kiezen dat zij bij het aanbrengen in de opsluitmiddelen een hoge pakkingsgraad bezitten en/of door de 20 deeltjes voldoende klein te kiezen het drukprofiel ook microscopisch homogener kan worden gemaakt.

De met de werkwijze volgens de uitvinding verkregen vormdelen kunnen als lichtgewicht constructie-element worden gebruikt in industriële toepassingen, zoals 25 bijvoorbeeld in constructies, gebouwen, voertuigen, schepen, enzovoorts. Het is echter ook mogelijk de uitgevonden werkwijze toe te passen om thermoplastische vormdelen met elkaar te verbinden. Zo is het bijvoorbeeld mogelijk de werkwijze toe te passen voor het thermisch lassen van thermoplastische vormdelen. Bij thermisch lassen wordt elektrisch geleidend materiaal aangebracht tussen de te verbinden vormdelen.

30 Vervolgens wordt dit verwarmd. Om een goede verbinding te verkrijgen dienen hierbij de vormdelen met zekere druk op elkaar te worden gehouden. De uitgevonden werkwijze is bij uitstek hiervoor geschikt. Een andere toepassing omvat het kruipvormen van versterkingsvezels, en in het bijzonder van polyetheen vezels.

15

Een groot voordeel van de werkwijze volgens de uitvinding is dat hiermee vormdelen op een eenvoudige wijze kunnen worden vervaardigd, waarbij het vormdeel goede mechanische eigenschappen vertoont. Verder kan met de uitgevonden werkwijze een vormdeel worden gemaakt uit lagen velvormig materiaal, waarbij de verschillende lagen 5 goed geconsolideerd zijn, in het bijzonder ook op opstaande vlakken.

Claims

1. Werkwijze voor het vervaardigen van een vormdeel uit een velvormig materiaal, 5 welke werkwijze de stappen omvat van a) het verschaffen van een eerste matrijshelft uit een vormvast materiaal; b) het verschaffen van een tweede matrijshelft in de vorm van een verzameling materiaaldeeltjes die zich bevindt in opsluitmiddelen; c) het tussen beide matrijshelften onder druk vervormen van het velvormig materiaal. 10

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat stap c) omvat het onder druk verplaatsen van tenminste een gedeelte van de deeltjes tot tegen het velvormig materiaal waardoor dit materiaal wordt vervormd en tegen de eerste matrijshelft wordt gedrukt. 15

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat stap c) omvat het onder druk verplaatsen van de eerste matrijshelft tot tegen het velvormig materiaal waardoor dit materiaal wordt vervormd en tegen de tweede matrijshelft wordt gedrukt.

4. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk dat het onder druk verplaatsen van tenminste een gedeelte van de deeltjes tot tegen het velvormig materiaal gepaard gaat met verbreking van een wandgedeelte van de opsluitmiddelen.

5. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk dat het onder druk 25 verplaatsen van tenminste een gedeelte van de deeltjes tot tegen het velvormig materiaal gepaard gaat met verplaatsing van een wandgedeelte van de opsluitmiddelen waardoor een opening ontstaat.

6. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk dat de opsluitmiddelen een 30 open wandgedeelte omvatten dat naar het te vormen vormdeel is gericht en dat de deeltjes pas aan de opsluitmiddelen worden toegevoerd, wanneer de opsluitmiddelen reeds nagenoeg met het open wandgedeelte aansluiten op het velvormig materiaal.

7. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk dat het onder druk verplaatsen van tenminste een gedeelte van de deeltjes tot tegen het velvormig materiaal gepaard gaat met verplaatsing van een flexibel wandgedeelte van de opsluitmiddelen waardoor dit gedeelte tegen de vormholte wordt aangedrukt. 5

8. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat na stap c) de materiaal deeltjes door middel van afzuigmiddelen worden verwijderd.

9. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat 10 tenminste een gedeelte van de deeltjes een dusdanige vorm heeft dat de verzameling materiaaldeeltjes een zo dicht mogelijke pakking vertoont bij aanbrengen in de opsluitmiddelen.

10. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat 15 tenminste een gedeelte van de deeltjes een nagenoeg ellipsoïde vorm heeft.

11. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk dat de verhouding van de drie assen van de deeltjes gelegen is tussen 0.6 : 1 : 1.50 en 0.9 : 1 : 1.10.

12. Werkwijze volgens conclusie 11, met het kenmerk dat de verhouding van de assen van de deeltjes 0.8 : 1 : 1.25 bedraagt.

13. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de deeltjes gekozen zijn uit de groep van metaaldeeltjes, kunststofdeeltjes, en minerale 25 deeltjes.

14. Werkwijze volgens conclusie 13, met het kenmerk dat de deeltjes siliconenrubber deeltjes zijn.

15. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de druk in stap c) gelegen is tussen 5 en 500 bar.

16. Werkwijze volgens conclusie 15, met het kenmerk dat de druk in stap c) gelegen is tussen 10 en 200 bar.

17. Werkwijze volgens conclusie 16, met het kenmerk dat de druk in stap c) gelegen is tussen 20 en 100 bar.

18. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het velvormig materiaal een vezelversterkte kunststof omvat.

19. Vormdeel verkrijgbaar met de werkwijze volgens één der conclusies 1-18, waarvan tenminste één van de oppervlakken een oppervlaktetextuur vertoont in de vorm 10 van dieper gelegen delen omgeven door opgestuwde randen.

20. Vormdeel verkrijgbaar met de werkwijze volgens één der conclusies 1-18, waarvan tenminste één van de oppervlakken een oppervlaktetextuur vertoont in de vorm van dieper gelegen delen omgeven door opgestuwde randen, en waarbij deze 15 oppervlaktestructuur slechts microscopisch zichtbaar is.

21. Inrichting voor het vervaardigen van een vormdeel uit een velvormig materiaal, welke inrichting omvat: a) tenminste een eerste matrijshelft uit een vormvast materiaal; 20 b) tenminste een tweede matrijshelft in de vorm van een verzameling materiaaldeeltjes; c) opsluitmiddelen voor het opnemen van de materiaaldeeltjes; d) middelen voor het onder druk vervormen van het velvormig materiaal. 25