NL7904650A

NL7904650A - Werkwijze voor het vervaardigen van met vezels ver- sterkte kunststof producten.

Info

Publication number: NL7904650A
Application number: NL7904650A
Authority: NL
Original assignee: Dalen Hendrik Van
Priority date: 1979-06-14
Filing date: 1979-06-14
Publication date: 1980-12-16
Also published as: DE3021106A1

Description

λ %

115/vD

H. van Dalen te Delft.

Werkwijze voor het vervaardigen van met vezels versterkte kunststof produkten.

De uitvinding heeft betrekking op het vervaardigen van met vezels versterkte kunststof produkten, waarbij in de vezelver-sterking in de vorm van insluitsels aanwezige lucht voorafgaande aan het met kunststof impregneren van de versterking, wordt ver-5 dreven met behulp van de damp van een met de kunststof verenigbaar medium, zoals beschreven in het Duitse octrooischrxft 560.32½.

Bij deze bekende werkwijze ligt de bijbehorende dampspanning van de damp lager dan de omgevingsdruk, in dit geval de atmosferische druk. Hierdoor is het medium niet in staat de lucht' volledig te 10 verdrijven. Voor een lucht- gasmengsel geldt, dat de drukfractie van het gas gelijk is aan de overeenkomstige volumefractie van het gas.

In formule:

P V

_S_ = _s P + P. V + νη 15 s 1 e 1

hierin is P : gasdruk S

P^: luchtdruk

V : gasvolume S

V^: luchtvolume 20 bovendien geldt voor een gasmengsel: P. , ,, ,=P = P + P,.

0 os totaal druk o g 1 hieruit volgt, dat alleen voor P = P een volumefracit van het gas g o van 100# kan bestaan. Is echter de gasdruk P P . dan is de g- o’ volumefractie maximaal P / P . Dit betekent, dat bij de bekende

g o ’ J

werkwijze na het verdrijven lucht-gasmengsel insluitsels aanwezig 25 zijn, die even nadelig zijn voor het gerede produkt als zuivere 7904650 r 2 y-Xr

J

luchtinsluitsels.

De uitvinding beoogt dit bezwaar op te heffen en een soortgelijke werkwijze te verschaffen, waarmee onder alle omstandigheden het volledig verdrijven van luchtinsluitsels is verzekerd.

5 Dit is bereikt, doordat de druk en de temperatuur gedurende de fase van het verdrijven of vervangen van de luchtinsluitsels zodanig worden ingesteld, dat de dampspanning van het betrokken medium gelijk is aan of groter dan de omgevingsdruk en het medium zich dus in de gasvormige aggregatietoestand bevindt, waarbij de 10 druk en de temperatuur na het impregneren zodanig worden ingesteld, dat de dampspanning van het betrokken medium wordt overschreden en het medium zich in de vloeibare aggregatietoestand bevindt.

Hierbij worden de luchtinsluitsels alle vervangen door gas-insluitsels, die na het impregneren, gevolgd door het verhogen van 15 de druk en/of verlagen van de temperatuur, overgaan in vloeistof- insluitsels met een te verwaarlozen volume, die geen nadelige invloed hebben op het gerede produkt.

Het verdient de voorkeur, dat de gasvormige aggregatietoestand van het betrokken medium van buiten wordt toegevoerd aan de vezel-20 versterking (bijvoorbeeld spuiten in een mal of een weefsel). Dit is.

de zogenoemde externe mediumtoevoer.

Indien de dichtheid van de vezelversterking hoog is, waarbij de stromingsweerstand groot en veranderlijk is, blijkt de gasvormige aggregatietoestand de weg te kiezen van de minste weerstand, zodat 25 op verschillende plaatsen geen vervangen plaatsvindt van de lucht insluitsels. Het verdient dan de voorkeur, dat de gasvormige aggregatietoestand van het betrokken medium door verdamping vanuit de vezelversterking wordt toegevoerd, waarvoor de vezelversterking vooraf moet worden bevochtigd met het betrokken medium. Dit is de 30 zogenoemde interne mediumtoevoer. Het vooraf bevochtigen van de vezelversterking kan op verschillende manieren gebeuren, zoals door condensatie, dompeling, enzovoort.

Hierbij is het uitgangsmateriaal van de vezelversterking een vezel met een diameter van 5 tot 100 ^m, en een lengte van enkele 35 millimeters tot vezels zonder einde. Langere vezels kunnen worden 7904650 3 »* samengevoegd tot bundels, zogenoemde strengen. Dergelijke strengen kunnen op verschillende manieren worden toegepast als versterkings-materiaal, bijvoorbeeld enkelvoudig of met een aantal strengen samengevoegd tot dikkere bundels, zogenoemde voorspinsels. Ook kunnen 5 de strengen of voorspinsels in korte stukken worden geknipt en samengevoegd tot matten, of worden geweven tot een weefselstructuur. Deze soorten vezelversterkingen kunnen op verschillende manieren worden geïmpregneerd met de kunststof door bijvoorbeeld het met de hand opbrengen, het (vacuïïm)spuitgieten, het wikkelen, enzovoort.

10 De kunststof kan zowel thermoplastisch als thermohardend zijn.

De in een vezelversterking aanwezige luchtinsluitsels kunnen in het algemeen worden verdeeld in: a) microscopische luchtinsluitsels tussen de elementaire vezels van de strengen of voorspinsels, en 15 b) macroscopische luchtinsluitsels tussen de strengen en/of de weefsellagen. Hiertoe worden ook luchtophopingen in "dode" hoeken van een mal gerekend, indien voor het direkt aan de geïmpregneerde weefselversterking geven van een bepaalde eindvorm, een mal wordt toegepast, waarin het impregneren plaatsvindt.

20 De keuze van het te gebruiken medium is afhankelijk van verschillende kriteria, zoals de toe te passen vervaardigingswerk-wijze, de werkdrukken en -temperaturen en de te verwerken materialen. Bij de keuze van het medium moet zo veel mogelijk voldaan worden aan de volgende voorwaarden: 25 geschikt dampspanningsverloop, lager smeltpunt dan de kunststof, weinig visceus, oplosbaar in de vloeibare kunststof, niet giftig, 30 niet brandbaar of ontplofbaar— niet corrosief, goedkoop.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van de volgende voorbeelden.

7904650

if -VOORBEELD I

Vacuüm-spuitgietwerkwijze.

Deze werkwijze wordt toegepast indien hoogwaardige produkten worden verlangd met een hoog vezelgehalte en nauw luisterende 5 afmeting toleranties.

In dit verband wordt gebruikgemaakt van polyester als kunststof, glasweefsel als versterking en aceton als vervangingsmedium.

Omdat het hierbij gaat om een hoog vezelgehalte, wordt interne mediumtoevoer via verdamping vanuit de versterking, toegepast.

10 Eerst wordt de versterking gedrenkt in aceton en vervolgens opgesloten in een mal. Een zijde van de mal wordt aangesloten op een polyester houder, waarbij de andere zijde wordt aangesloten óp een onderdruk bron, bijvoorbeeld een vacuümpomp. De klep in de polyester-toevoerleiding wordt dan gesloten. Via de onderdruk bron 15 wordt vervolgens de druk in de mal verlaagd tot de dampspanning van aceton. Hierdoor gaat de aceton over tot koken en verdampen vanuit de versterking, waarbij het toegevoerde medium via de onderdruk-aansluiting wordt afgevoerd. Doordat de vloeibare aceton in de versterking steeds verder in temperatuur daalt door het voortdurend .

20 onttrekken van verdampingswarmte daaraan^ wordt ook de bijbehorende dampspanning steeds lager, daar deze immers alleen afhankelijk is van de temperatuur. De maldruk moet dus steeds lager zijn. Om dit te vermijden en een snelle verdamping te bewerkstelligen is verwarming van de mal aan te bevelen. Indien alle aceton uit de 25 versterking is verdampt, is de lucht nagenoeg volledig vervangen door gasvormige aceton. Dan wordt de onderdruk-aansluiting gesloten, waarbij door het openen van de toevoerleiding, de polyester wordt ingespoten. Wanneer de versterking is geïmpregneerd, zijn er nog acetongas-insluitsels aanwezig. Wanneer dan de druk in de mal wordt 30 verhoogd tot atmosferische waarde, gaan deze gasinsluitsels over in vloeistof-insluitsels. Deze zeer kleine vloeistof-insluitsels lossen volledig op in de vloeibare polyester en hebben zodoende geen nadelige uitwerking op het gerede produkt.

/904650 5 \

VOORBEELD II

Spuitgietwerkwijze.

Deze werkwijze wordt toegepast bij het vervaardigen van grote tot middelgrote, gekromde of vlakke plaatconstructies met een laag 5 vezelgehalte, zoals caravan-panelen, boten, laadbakken, cabines, enzovoort. Hierbij' wordt gebruikgemaakt van slechts een kleine onderdruk, te weten 93-99 kPa absoluut. De moeilij'kheid bij' deze werkwij’ze is het voorkomen van grote tot zeer grote luchtinsluitsels, die zich als gevolg van de zogenoemde "dode" hoeken in de mal kunnen 10 vormen. Het uitval percentage kan hierdoor oplopen tot 30%.

In dit voorbeeld wordt gebruikgemaakt van polyester als kunststof, glasvezelmat als versterking en ethanol als vervangings-medium.

Omdat het vezelgehalte laag is, wordt gebruikgemaakt van 15 externe medium toevoer met het voordeel van een korte vervangings- tijd.

De werkwij'ze verloopt als volgt. Eerst wordt de volumineuze matversterking opgesloten in de mal. Vervolgens wordt de mal verwarmd tot enkele graden boven de kooktemperatuur van ethanol bij’ 20 atmosferische druk, te weten 78°C. Vervolgens wordt via externe medium toevoer, warme ethanoldamp van 7o C door de versterking geleid, totdat nagenoeg alle lucht is vervangen door de damp. Vervolgens wordt polyester van ?8°C toegevoerd. Daarna wordt de mal gekoeld, zodat de ethanoldamp-insluitsels overgaan in vloei-25 stof-insluitsels, die oplossen in de polyester. In deze toestand kan het produkt uitharden. De opgeloste ethanol heeft weer geen nadelige uitwerking op het gerede produkt.

Het voordeel van deze werkwijze is, dat bij een kleine overdruk, de lucht wordt vervangen, zodat zich geen afdichtings-30 moeilijkheden voordoen. Dit betekent, dat geen hoge eisen behoeven te worden gesteld aan de malafdichting, zodat deze eenvoudig kan zijn.

7904650 if 6

VOORBEELD III

Mechanisch impregneren van een doekvormige versterking.

Deze werkwijze wordt toegepast bij de vervaardigen van plaatvormig materiaal, opgebouwd uit één of meer lagen geïmpregneerd 5 glasweefseldoek.

In dit voorbeeld wordt gebruikgemaakt van polyester als kunststof, glasweefsel als versterking en ethanol als vervangings-medium.

Omdat het glasvezelgehalte hoog is, wordt gebruikgemaakt van 10 interne mediuratoevoer via verdamping vanuit de versterking.

Ter verduidelijking wordt eerst in grote lijnen deze werkwijze van plaatvervaardiging uiteengezet.

Uitgangsmateriaal is glasweefseldoek. Dit doek wordt met behulp van een impregneermechanisme doordrenkt met kunststof, waarna 15 het zodoende verkregen tussenprodukt terecht komt op een lopende band, waarop het kan uitharden of stollen. De bandsnelheid is hierbij gelijk aan de uitvoersnelheid van het mechanisme. Ten slotte wordt het uitgeharde of gestolde materiaal op de gewenste lengten afgezaagd.

20 Het impregneermechanisme heeft hierbij een tweeledige werking, te weten de luchtvervanging en de eigenlijke impregnering.

De luchtvervanging vindt plaats in een lange, sleufvormige ruimte, waarin de ethanol, die vooraf door middel van sproeiers is aangebracht, met behulp van stralingswarmte wordt verdampt. Op deze 25 wijze wordt vervolgens het gasvormige ethanol de lucht in de lucht- insluitsels.

De impregnering vindt plaats via een verwarmd walsenpaar, waarop via twee toevoerinrichtingen ononderbroken een juiste hoeveelheid polyester wordt aangebracht. De polyester heeft een 30 temperatuur, die gelijk is aan de kooktemperatuur van ethanol bij atmosferische druk. Hierdoor wordt condensatie van ethanol op de polyester voorkomen. Tijdens het impregneren vormen zich ethanol-damp-insluitsels, die echter bij afkoeling van de polyester tijdens het uitharden overgaan in vloeistof-insluitsels, die geheel oplossen 35 in de kunststof. Het gerede produkt is wederom luchtvrij.

7904550

Claims

1. Werkwijze voor het vervaardigen van met vezels versterkte kunststof produkten, waarbij in de vezelversterking in de vorm van insluitsels aanwezige lucht voorafgaande aan het met kunststof 10 impregneren van de versterking, wordt vervangen door de damp van een met. de kunststof verenigbaar medium, met het kenmerk, dat de druk en de temperatuur gedurende de fase van het vervangen van de lucht-insluitsels zodanig worden ingesteld, dat de dampspanning van het betrokken medium gelijk is aan of hoger dan de omgevingsdruk en het 15 medium zich in de gasvormige aggregatietoestand bevindt, waarbij de druk en de temperatuur na het impregneren zodanig worden ingesteld, dat de dampspanning van het betrokken medium wordt overschreden en het medium zich in de vloeibare aggregatietoestand bevindt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de 20 gasvormige aggregatietoestand van het betrokken medium van buiten aan de vezelversterking wordt toegevoerd.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de gasvormige aggregatietoestand van het betrokken medium door verdamping vanuit de vezelversterking wordt toegevoerd, welke vezel- 25 versterking vooraf is bevochtigd met het betrokken medium. 7904650