NL8400930A - Werkwijze en inrichting voor het vervaardigen van een met vezels verstevigd kunststof element. - Google Patents

Description

- υη» ^ £-. -¾ Ρ ΗΡ/ΕΑ/1

WERKWIJZE ΕΝ INRICHTING VOOR HET VERVAARDIGEN VAN

EEN MET VEZELS VERSTEVIGD KUNSTSTOF ELEMENT

De huidige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een ten minste ten dele uit kunststof bestaand, met vezels verstevigd element/ waarbij in een matrijs de kunststof tesamen met de in de matrijs aanwe-5 zige vezels wordt gevormd tot het element, een zogenaamde composiet.

Een dergelijke werkwijze is bekend. Bij deze bekende werkwijze wordt aan een materiaalstroom die reactanten bevat voor het vormen van de kunststof, vezels toegevoegd.

10 Zodoende ontstaat een met vezels verstevigd kunststof element in de matrijs* Een nadeel van deze bekende methode is, dat de vezels geen gewenste, georiënteerde positie in het kunststof element hebben, aangezien hun positie veelal bepaald wordt door de stromingsverschijnselen van de materiaalstroom binnen 15 de matrijs. ...

De uitvinding beoogt deze bekende werkwijze in die zin te verbeteren, dat in het vervaardigde kunststof element de vezels in een georiënteerde positie aanwezig zijn, terwijl de produktietijd en de produktiekosten van een dergelijk 20 kunststof element slechts in geringe mate toenemen.

Dit wordt overeenkomstig de uitvinding bereikt, doordat tijdens het vormen van de kunststof de vezels in een gewenste, georiënteerde positie in de matrijs worden gehouden.

25 Indien met de uit de stand van de techniek bekende rimmethode (reaction injection moulding) een polyurethaan integraal schuim wordt gemaakt, is het mogelijk overeenkomstig de uitvinding de vezels ofwel in de huid, ofwel in de kern met een lagere dichtheid, dan wel in een grensgebied 30 tussen de huid en de kern in aan te brengen, doordat een polyurethaan integraal schuim wordt gevormd, en doordat de vezels ten minste ten dele op een vooraf bepaalde afstand van een matrijswand worden gehouden.

Er zijn in principe een aantal verschillende wij-35 zen, waarmee de vezels georiënteerd in de matrijs gehouden 8400930 > r - 2 - kunnen worden. Volgens een eerste methode worden de vezels in de matrijs gespannen, volgens een tweede methode worden de vezels met een kousvorm gebruikt en rond een tot de matrijs behorende doorn aangebracht, volgens een derde methode 5 worden de vezels voorafgaand aan het vormen van het element zodanig behandeld, dat een vormstijf vezellichaam ontstaat.

Indien een element wordt vervaardigd, dat ten minste één inzetstuk van kunststof of metaal omvat, verdient het voorkeur, dat de vezels zodanig in de matrijs ten opzichte 10 van het inzetstuk worden georiënteerd, dat de vezels een op het inzetstuk uit te oefenen belasting,in hoofdzaak overnemen o

Indien de vezels in op afstand van elkaar gelegen -lagen worden aangebracht, ontstaat een composiet met een 15 sandwich-structuur, dat bijzonder aantrekkelijke buig-rek eigenschappen heeft, en indien uitgevoerd als integraal schuim, in combinatie met een gering totaal gewicht.

Een ander aspect van de uitvinding heeft betrekking .. op een inrichting voor de uitvoering van de werkwijze voor 20 het vervaardigen van met vezels verstevigde kunststof elementen, waarin de vezels georiënteerd zijn aangebracht. Deze inrichting omvat een matrijs en middelen voor het in de matrijs vormen van het element, en wordt overeenkomstig de uitvinding gekenmerkt door middelen voor het in de matrijs in 25 een georiënteerde positie houden van de vezels.

Een laatste aspect van de uitvinding heeft betrekking op een overeenkomstig de uitvinding vervaardigd kunststof element, dat wordt gekenmerkt door de in het kunststof element georiënteerd aangebrachte vezels.

30 Genoemde en andere kenmerken zullen aan de hand van een aantal uitvoeringsvoorbeelden van de werkwijze en inrichting overeenkomstig de uitvinding worden verduidelijkt aan de hand van de bijgevoegde tekeningen.

In de tekeningen stellen voor: 35 fig. 1 een perspektivisch aanzicht van een matrijs met daarin in een georiënteerde positie vastgehouden vezels; fig. 2 een kunststof element vervaardigd met behulp van de matrijs uit fig. 1; 8400930 - 3 - & c Λ fig. 3 schematisch een inrichting voor het met behulp van de rimmethode vervaardigen van integraal schuimstof-fen verstevigd met georiënteerde vezels; fig. 4 een perspektivisch deels weggebroken aan-5 zicht van een variant van detail IV uit fig. 3; fig. 5 een doorsnede door een kunststof element vervaardigd met de in fig. 4 getoonde matrijs; fig. 6 een inrichting overeenkomstig de werkwijze voor het vervaardigen van een hol kunststof voorwerp met 10 daarin georiënteerd aangebrachte vezels overeenkomstig de uitvinding; fig. 7 een hol kunststof voorwerp vervaardigd met de inrichting volgens fig. 6; fig. 8 een ander hol kunststof voorwerp met daarin 15 georiënteerd aangebrachte vezels; fig. 9 een van een inzetstuk voorzien kunststof voorwerp, waarbij de vezels ten opzichte van dit inzetstuk zijn georiënteerd; - fig. 10 een andere matrijs met daarin in een ge-20 oriënteerde positie vastgehouden, waarbij de vezels slechts over een bepaalde afstand bij een matrijswand aanwezig zijn; en fig. 11 een matrijs voorzien van een uit vezels bestaand, vormstijf vezellichaam.

25 Fig. 1 toont een matrijs 1, waarbij tussen de ma- trijsdelen 2 en 3 op een georiënteerde wijze vezels 4 worden vastgehouden. De vezels 4 kunnen bestaan uit koolstofvezels, aramidevezels, en/of bijvoorbeeld glasvezels. Via een toevoer 5 kan een plastische massa van een kunststof hars tot in de 30 vorraholte 6 worden gebracht, waarbij de kunststof hars zich alzijdig rond de vezels 4 uitstrekt.

Fig. 2 toont een kunststof element 7, dat is vervaardigd met de in fig. 1 getoonde matrijs 1. De vezels 4 strekken zich in hoofdzaak evenwijdig aan elkaar, op een ge-35 oriënteerde wijze uit, zodat een belasting uitgevoerd overeenkomstig een pijl 8 door de vezels 4.kan worden opgevangen.

Fig, 3 toont bij wijze van voorbeeld een op zich 8400930 Γ - 4 - ; -c > bekende inrichting 9 voor het vormen van een integraal schuimkunststof, bijvoorbeeld een polyurethaan schuimkunst-stof. Met behulp van de rimmethode worden bijvoorbeeld uit de houders 10 en 11 reactanten via pompen 12 en 13 toegevoerd 5 aan een verdeler 14, 15, van waaruit de beide reactanten worden toegevoerd aan een menger 16, 17 waarin de reactanten worden gemengd en een reactiemengsel ontstaat, dat vervolgens wordt .toegevoerd aan een matrijs 18, 19 overeenkomstig de uitvinding. In de matrijzen 18, 19 hardt het reactiemengsel 10 op een zodanig wijze uit, dat daarbij een integraal schuimkunststof ontstaat, met een huid, waarvan de dichtheid ten opzichte van de kern aanmerkelijk is vergroot. In de matrijzen 18 en 19 zijn vezels 4 op een zodanige wijze gespannen, dat de vezels 4 zich voornamelijk ophouden in de kern 20 van 15 een te vervaardigen polyurethaan integraal schuimkunststof.

Fig. 4 toont een variant van de matrijzen 18 en 19. De matrijs 23 omvat twee ten opzichte van elkaar beweegbare holle matrijsdelen 21, 22 die doorstroomd kunnen worden via de inlaten 24, 25 met een verwarmings- of koelmedium, üitla-20 ten voor deze media zijn niet weergegeven. Bij de matrijs 23 zijn twee groepen van vezels 4a en 413 aangebracht in de vorm-holte, waarbij deze vezels 4a en 4b zijn geklemd en op afstand van elkaar gehouden met behulp van een sleeplijst 26.

De dikte d van de sleeplijst 26 is zodanig gekozen ten op-25 zichte van de dikte e van een rand 27, 28 van de matrijsdelen 21, 22, dat de vezels 4^ en 4b zich op zodanige afstand ten opzichte van elkaar en een wand 29, 30 van de matrijsdelen 21, 22 worden gehouden, dat zoals getoond in fig. 5, de vezels 4a en 4b zich in hoofdzaak bevinden in het grensvlak 30 tussen een kern 31 en de huid 32, 33 van een kunststof ele- .·& ment 34. Het is eveneens mogelijk de dikte £ zodanig aan te passen, dat één of beide vezelgroepen komt te liggen in ofwel de huid 32, 33, ofwel in de kern 31. De vezels 4a en 4b strekken zich in hoofdzaak onderling evenwijdig op een ge-35 oriënteerde wijze uit, zodat een buigbelasting uitgevoerd overeenkomstig de pijl 60 door de vezels 4£ en 4b kan worden opgevangen. Het kunststof element 34 kan ten opzichte van het kunststof element 7 een grotere buigbelasting weerstaan, om- 8400930 i* -ζ - 5 - dat enerzijds twee groepen vezels 4a^ en 4b zijn toegepast, en anderzijds dat de vezelgroepen 4a en 4b in of in de direkte nabijheid van de verstevigde huid 32, 33 zijn gelegen.

Fig. 6 toont een andere inrichting 35 voor het ver-5 vaardigen van een hol kunststof element 36, zoals getoond in fig. 7. De inrichting 35 omvat een deelbare cilinder 37 en een daar axiaal in aangebrachte doorn 38. Rond de doorn 38 zijn tot een kousvorm geweven vezels 39 aangebracht.

Het element 36 (getoond in fig. 7), dat is vervaar-10 digd met de inrichting 35 uit fig. 6, heeft in hoofdzaak een slangvorm, waarbij de vezels 39 zich direkt onder het inwendig oppervlak 40 van het element 36 zijn gelegen.

Fig. 8 toont een ander hol kunststof element 41 overeenkomstig de uitvinding, waarbij de tot een weefsel ge-15 weven vezels 42 zich rondom een in hoofdzaak rechthoekige inwendige doorgang 43 zijn gelegen.

Fig. 9 toont weer een ander kunststof element 44 overeenkomstig de uitvinding, welk element 44 is voorzien van een metalen inzetstuk 45 en een uit een andere kunststof be-20 staand inzetstuk 46. De matvormige vezels 55 zijn zodanig ten opzichte van de beide inzetstukken 45, 46 georiënteerd daar omheen aangebracht, dat bij een belasting van bijvoorbeeld het inzetstuk 45, deze belasting wordt overgedragen op de vezels 55 die deze op hun beurt overdragen op het inzetstuk 46, 25 zodat in verregaande mate een belasting van het kunststof deel van het element 44 wordt voorkomen. Indien dit element 44 met behulp van de hiervoor beschreven rimmethode is vervaardigd, ontstaat een kunststof element 44 met een goed verstevigde huid met een grote dichtheid en een kern met een 30 relatief lage dichtheid, zodat het totale gewicht van het element 44 beperkt blijft.

Fig. 10 toont weer een andere uitvoeringsvorm van een matrijs 47, waarbij in dit geval een weefselstructuur 48 daarin met behulp van vasthoudorganen 49 is aangebracht. Met 35 behulp van deze vasthoudorganen 49 wordt de vezelstructuur in de getoonde en gewenste georiënteerde, golvende vorm gehouden, waarbij slechts de golftoppen in de nabijheid van een wand van de matrijs 47 zijn gelegen.

5400930 [

V C

* , - 6 -

Fig. 11 toont tenslotte een matrijs 50, waarin een vezelstructuur 51 wordt vastgehouden, die is voorzien van een bolvormig deel 52. Door een voorafgaande behandeling van deze vezelstructuur, bijvoorbeeld met een uithardende hars, heeft 5 deze vezelstructuur een zodanige vormstijfheid verkregen, dat bij het vervolgens inbrengen van de kunststof en het uitharden daarvan onder vorming van het element dat van de vorm wordt bepaald door de vormholte 53, de vezelstructuur 51 in hoofdzaak zijn oorspronkelijke vorm behoudt. Hierbij zij op-10 gemerkt, dat de vezelstructuur 51 een zodanige maas 54 moet hebben, dat de kunststof door de vezelstructuur heen moet kunnen dringen bij het volledig vullen van de holte 53. Als uithardende' hars kan bijvoorbeeld een thermoplast gebruikt worden, aangezien polyurethanen, gebruikt voor het vormen van 15 de integraal schuimkunststof veelal een zeer goede hechting aan een dergelijke thermoplast vertonen. Eventueel kan een twee delen 52 omvattende sandwich-structuur worden toegepast.

In het bijzonder de met georiënteerde vezels ver- -stevigde, integraal schuimkunststof elementen, bijvoorbeeld 20 die zoals getoond: in de figuren 5, 7 en 0 kunnen in allerlei voorwerpen worden toegepast, zoals bijvoorbeeld rolstoelen.

Bij een weefsel kunnen in een richting belasting opnemende koolstofvezels worden toegepast, die bijeen worden gehouden met in dwarsrichting verlopende glasvezels.

'25 In principe wordt de plaats van de laag/lagen in overeenstemming gekozen met de plaats waar een rek-strek belasting moet worden opgenomen.

De tabel toont een belasting experiment uitgevoerd met een in fig. 5 gëtoond composiet. In een mal werd uit 100 30 gew.delen polyol (inclusief katalysator), 130-150 gew.delen isocyanaat, en 6-12 gew. delen freon, bij een temperatuur van 35"-4Όα0 (reactanten) en van 50*C (mal) een proefstuk gevormd (400 x 200 x 10 mm). Het proefstuk volgens de uitvinding bevatte aan zijn langsoppervlakken twee keperweefsel CD 210, 35 elk met een ketting en een inslag van 48 draden/10 cm van koolstof 3K 236, respektievelijk glas 11 1-2, en had een instelbare toenemende dichtheid.

Elk proefstuk werd gedragen door twee op ongeveer 8400930 r - 7 - 350 mm geplaatste dragers, en in het midden belast met 5 kg. ,

De doorzakking in mm werd met een micrometer opgenomen*

Tabel DICHTHEID (kg/m3)_DOORZAKKING (mm)_.

5 Zonder weefsels 260 2,25 met weefsels 260 0,35 335 0,3 _430_;_0,30_

Duidelijk blijkt bij een toename van de dichtheid, door middel van een grotere lading, relatief een geringe extra vermindering van de doorzakking oplevert.

10 Opvallend is de duidelijke vermindering in doorzak king door toepassing van de georienteerde vezels in dit integraal schuim van polyurethaan.

Naast polyurethaan kunnen thermoplastische kunst- . stoffen, zoals polystyreen, polyamiden en/of polycarbonaten 15 gebruikt worden.

8400930

Claims (10)

1. Werkwijze voor het vervaardigen van een ten minste ten dele uit kunststof bestaand, met vezels verstevigd element, waarbij in een matrijs de kunststof tesamen met de in de matrijs aanwezige vezels wordt gevormd tot het element, 5 met het kenmerk, dat tijdens het vormen van de kunststof de vezels in een gewenste, georiënteerde positie in de matrijs worden gehouden.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een polyurethaan integraal schuim wordt gevormd, 10 en dat de vezels ten minste ten dele op een vooraf bepaalde afstand van een matrijswand worden gehouden.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het k e n m e r k, dat de vezels in de matrijs worden gespannen.

4. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclu- 15 sies, met het k e n m e r k, dat vezels met een kousvorm worden gebruikt, en rond een tot de matrijs behorende doorn wor- ^ den aangebracht,

5. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het k e n m e r k, dat voorafgaand aan het vormen van het element 20 de vezels zodanig worden behandeld, dat een vormstijf vezel-lichaam ontstaat.

6. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het element ten minste één inzetstuk omvat en de vezels zodanig in de matrijs ten op- 25 zichte van het inzetstuk worden georiënteerd, dat de vezels een op het inzetstuk uit te oefenen belasting in hoofdzaak overnemen.

7. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de vezels in op afstand van 30 elkaar gelegen lagen worden aangebracht.

8. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de vezels een weefsel vormen, waarin belasting opnemende vezels uni- of multidirecti-oneel worden georienteerd. 35

9. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie 1-8, omvattende een matrijs en middelen 8400930 - 9 - voor het in de matrijs uit de kunststof en de vezels vormen van het element, gekenmerkt door middelen voor het in de matrijs in een georiënteerde positie houden van de vezels. 5

10* Kunststof element met daarin georiënteerd aange brachte vezels, vervaardigd volgens één van de conclusies 1-8. 8400930