NL8800301A - Werkwijze voor het vervaardigen van een vezelversterkt kunststofprodukt. - Google Patents

Description

AKU 2106 - fc

Werkwijze voor het vervaardigen van een vezel versterkt kunststofprodukt

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een met een of meer vezellagen, zoals weefsels, versterkt uit kunststof gevormd voorwerp, waarbij in een hoofdvorm één of meer vezellagen worden aangebracht om een uitzetbare als contravorm dienende in de hoofdvorm geplaatste zak en tussen de hoofdvorm en de zak wanddelen van het voorwerp uit de flexibele met kunststof geïmpregneerde vezellagen worden gevormd en het voorwerp na de vorming uit de hoofdvorm wordt verwijderd.

Een dergelijke werkwijze is bekend uit US 3 674 394. Met die bekende werkwijze worden van een enkelvoudige holte voorziene voorwerpen, zoals tanks, vervaardigd, waarvan de wand bestaat uit met glasvezels versterkte thermo-hardende kunststof. In de praktijk bestaat de behoefte aan vezel versterkte kunststofprodukten met meerdere holten, waarbij de scheidingswanden tussen aan elkaar grenzende holten recht moeten zijn. In beginsel zou men sommige van dergelijke voorwerpen kunnen realiseren door met een modificatie van de in US 3 674 394 beschreven inrichting en werkwijze twee afzonderlijke voor-werpen met ieder een vlakke rechte wand te vervaardigen en die twee afzonderlijke voorwerpen daarna met hun vlakke wanden aan elkaar te bevestigen, bijvoorbeeld door middel van lijmen of een mechanische bout of klinkverbinding. Een dergelijke werkwijze is niet alleen arbeidsintensief en gecompliceerd, maar leidt ook tot een minder homogeen en veelal zwaarder produkt.

De uitvinding beoogt een werkwijze van het in de aanhef vermelde type te verschaffen waarmede op eenvoudige en doelmatige wijze met vezellagen versterkte kunststof voorwerpen kunnen worden vervaardigd met nagenoeg rechte scheidingswanden tussen aan elkaar grenzende holten of ruimten. De werkwijze is volgens de uitvinding hierdoor gekenmerkt, dat twee of meer aan elkaar grenzende uitzetbare zakken worden toegepast, dat tussen aan elkaar grenzende zakken één of meer vezellagen worden aangebracht en dat de zakken zodanig zijn gedimensioneerd, dat tussen aangrenzende zakken nagenoeg rechte wanden van het voorwerp worden gevormd, waarbij met voordeel zakken van zodanige afmetingen, namelijk ondermaats ten opzichte van hun ligplaats in de hoofdvorm, en uit zodanig polymeer materiaal, zoals elastomeren, in het bijzonder natuur rubber of synthetische rubber, worden toegepast, dat de zakken tijdens hun genoemde uitzetting enigszins elastisch worden uitgerekt. Naast een meer of minder grote elastische uitrekking kunnen de zakken afhankelijk .8800301

-II

2 AKU 2106 van het toegepaste materiaal ook enigszins plastisch uitgerekt worden. Volgens de uitvinding kunnen de zakken op eenvoudige wijze worden uitgezet door het aanbrengen van een fluïdum onder overdruk, in het bijzonder lucht, in de zakken of door het aanbrengen van een onderdruk in de ruimte tussen de vaste mal en de drukzakken. Daartoe kan in de zakken ten opzichte van de ruimte tussen de zakken en de vaste mal een overdruk van 10 tot 2500 kPa worden aangebracht.

o/

Met de werkwijze volgens de uitvinding kan men direct in een enkele een of meerdelige hoofdvorm een integraal vezelversterkt kunststofprodukt vervaardigen, dat twee of meer aan elkaar grenzende holten of ruimten bevat, waartussen zich nagenoeg rechte scheidingswanden bevinden. Voorbeelden van dergelijke produkten zijn profielmasten voor zeilboten met een lengte van bijvoorbeeld 3-15 m, windmolen en helikopterwieken, propellers, ski's, kon-struktiepanelen met ribben en diverse onderdelen en panelen voor personen en vrachtauto's alsmede voor luchtvaartuigen. In het algemeen is de werkwijze volgens de uitvinding bijzonder geschikt voor het vervaardigen van hoogwaardige met continue draden versterkte kunststofprodukten, waaraan hoge eisen worden gesteld ten aanzien van sterkte, elasticiteitsmodulus, flexibiliteit en duurzaamheid zelfs onder wisselende belastingen.

De genoemde hoogwaardige produkten kunnen volgens de uitvinding in het bijzonder worden vervaardigd, wanneer vezel lagen worden toepgepast in de vorm van een weefsel, een mat, een breisel, een vlies of unidirectionele continue draden en de vezels worden geselecteerd uit de volgende groep van materialen: glas, zoals E-, R-, S- of S2 glas, aramide, in het bijzonder poly-parafenyleentereftaalamide (PPDT) en koolstof en andere vezelsoorten, die geschikt zijn voor het versterken van de toe te passen kunststofmatrix.

Op eenvoudige wijze kunnen met de werkwijze volgens de uitvinding kunststof voorwerpen worden gemaakt, waarvan de met één of meer vezel lagen versterkte wanden een of meer gaten bezitten. Daartoe worden volgens de uitvinding in de vorm of matrijs vezellagen toegepast, die zijn voorzien van een of meer geen vezels bevattende uitsparingen, zoals cirkelvormige openingen, voor het vormen van openingen in de wand(en) van het gevormde voorwerp.

.8800301 3 „ AKU 2106

Voor het vervaardigen van voorwerpen met een of meer holten met een betrekken jk kleine diameter en een betrekkelijk grote lengte wordt de werkwijze volgens de uitvinding met voordeel hierdoor gekenmerkt, dat in een of meer van de zakken een kern in de vorm van een van perforaties in de wand voorziene steunpijp wordt aangebracht en dat het fluïdum onder druk via de steunpijp aan de zakken wordt toegevoerd en later weer wordt afgevoerd.

Op eenvoudige wijze kunnen volgens de uitvinding voorwerpen met holten met sterk verschillende diameters worden vervaardigd, wanneer zakken met in uitgezette toestand uitwendige dwarsdoorsneden van verschillende grootte worden toegepast.

Met de werkwijze volgens de uitvinding kunnen op eenvoudige wijze langgerekte voorwerpen worden vervaardigd, wanneer volgens de uitvinding zakken worden toegepast, waarvan in uitgezette toestand de lengte 5 tot 200 maal de binnendiameter bedraagt. Een gunstige uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is hierdoor gekenmerkt, dat een hoofdvorm wordt toegepast, waarvan de dwarsdoorsnede, in het bijzonder dwars op de lengterichting van de drukzakken, niet overal gelijk is.

Een te verkiezen uitvoeringsvorm van de werkwijze is volgens de uitvinding hierdoor gekenmerkt, dat na het sluiten van de een of meerdelige eindige hoofdvorm of matrijs en na het uitzetten van de zakken kunststof wordt geïnjecteerd in de ruimte tussen de zakken onderling en tussen de zakken en de wand van de hoofdvorm.

Desgewenst kan in de vorm een uitlaat opening worden aangebracht, waardoor tijdens het injecteren van kunststof de lucht geheel uit de vorm kan worden verdreven en waarin eveneens een gering overschot aan geïnjecteerde kunststof kan worden opgenomen. Na voltooiing van de kunststof injectie en het verdrijven van de lucht uit de vorm, wordt de genoemde uitlaat afgesloten. Vervolgens wordt voor het, eventueel onder warmtetoevoer, uitharden van de kunststof de druk van de lucht in de zakken, indien nodig, verder verhoogd.

Gunstige resultaten zijn volgens de uitvinding bereikt bij toepassing van een thermohardende kunststof, die tijdens aandrukking door de zakken wordt uitgehard en waarbij die thermohardende kunststof wordt geselecteerd uit de volgende groep van materialen: onverzadigde polyesterhars, epoxyhars, vinylesterhars en acrylaathars.

.8800301 AKU 2106 * <* 4

Voor bepaalde produkten kan volgens de uitvinding ook met voordeel een door middel van verwarming in plastische of vloeibare toestand gebrachte met continue vezels versterkte thermoplastische kunststof worden toegepast, die tijdens aandrukking door de zakken wordt verhard door middel van afkoeling, waarbij de thermoplastische kunststof wordt geselecteerd uit de volgende groep van materialen: polyamide, polycarbonaat, polyester, in het bijzonder polyethyl eentereftal aat, polyetherimide, polyaramide, polyetheretherketon, polyfenyleensulfide, polysulfon en polycarbonaat. Uiteraard kunnen ook diverse andere thermoplastische kunststoffen worden toegepast.

De uitvinding omvat eveneens gevormde voorwerpen, die zijn vervaardigd met de werkwijze volgens de uitvinding.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de schematische tekening.

Fig. 1 t/m 9 tonen de gang van zaken bij een uitvoeringsvoorbeeld van de werkwijze volgens de uitvinding.

Fig. 10 toont de met de werkwijze volgens Fig. 1-9 vervaardigde profielmast voor een zeilboot.

Fig. 11-14 tonen de vervaardiging van enkele andere produkten met behulp van de werkwijze volgens de uitvinding.

In Fig. 1-9 is schematisch aangegeven, welke stappen bij het vervaardigen van een profielmast 1 (zie Fig. 10) voor een zeilboot achtereenvolgens plaatsvinden bij toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding. In Fig, 1 is de nog lege ondermatrijs 2 van een geheel geopende tweedelige hoofdvorm aangegeven. De bovenmatrijs 3 van de hoofdvorm is slechts in Fig. 5-9 aangegeven. In Fig. 2 is een vezellaag in de vorm van het uit glasgarens gevormde niet met kunststof geïmpregneerde versterkingsweefsel 4 in de geopende ondermatrijs 1 van de hoofdvorm gelegd. Fig. 3 toont de situatie, waarbij in de ondermatrijs een grote rubber zak 5 en een kleine rubber zak 6 zijn aangebracht. Beide zakken 5, 6 hebben een lengte van 9,60 m, die gelijk is aan de lengte van de profielmast 1. In die situatie heerst in elk van de zakken 5 en 6 een ten opzichte van de omgeving zeer geringe overdruk van bijvoorbeeld 10 kPa. Bij deze zeer geringe inwendige druk van de zakken zijn zij ondermaats, d.w.z. de zakken 5 en 6 hebben een duidelijk kleiner volume en in het bijzonder een kleiner dwarsdoorsnede oppervlak dan de twee holten 7 en 8 in de te vervaardigen profielmast 1, welke holten zijn gescheiden .8800301 * AKU 2106 5 door de te vormen rechte tussenwand 9. In de situatie van Fig. 3 worden tussen en om de zakken of buizen 5, 6 nog de eveneens niet met kunststof geïmpregneerde versieringsmaterialen 10 aangebracht, die eveneens uit glasdraden zijn gevormd. Vervolgens wordt, zoals in Fig. 4 is aangegeven, het onderste brede weefsel 4 om de op de zakken 5 en 6 liggende weefsels dichtgevouwen. Daarna wordt de mal of hoofdvorm gesloten, doordat de ondermatrijs 2 en de bovenmatrijs 3 op elkaar worden gedrukt, zoals in Fig. 5 is aangegeven. Nu wordt de luchtdruk in elk van de rubber buizen 5 en 6 met behulp van niet getekende ventielen en compressoren verhoogd tot een overdruk van 100 kPa is bereikt. De buizen 5 en 6 nemen daarbij de in Fig. 6 getekende stand in, waarbij de twee buizen op hun aan elkaar grenzende vlakken slechts van elkaar zijn gescheiden door de met gebroken lijn aangegeven verster-kingsweefsels 10. In de situatie van Fig. 6 is voor de eerste maal te zien dat verrassenderwijs tussen de twee buizen 5, 6 in uitgezette toestand een nagenoeg rechte een plat vlak vormende scheidingswand ontstaat, Fig. 7 toont de situatie, waarbij in de gesloten hoofdvorm 2, 3 via het toevoerkanaal 11 volgens de richting van de pijl 12 een vloeibare thermohardende kunststof in de vorm van onverzadigde polyesterhars wordt geïnjecteerd. Het toevoerkanaal bevindt zich ongeveer halverwege de totale lengte van 9,60 m van de vorm, De overdruk waarmede de hars wordt geïnjecteerd bedraagt 90 kPa en is derhalve enigszins lager dan de overdruk van 100 kPa in de buizen 5, 6. De injectiedruk van de hars moet bij dit uitvoeringsvoorbeeld enigszins lager zijn dan de druk in de drukzakken.

Nadat het injecteren en impregneren is voltooid en alle lucht via een niet getekende uitlaat uit de vorm 2, 3 is verwijderd, wordt de overdruk van de lucht in de buizen 5, 6 verhoogd tot een waarde van 200 kPa, d.w.z. enigszins hoger dan de druk waarmede de hars is geïnjecteerd. Vervolgens wordt onder het toevoeren van warmte en handhaving van de laatstgenoemde overdruk in de buizen 5, 6 en bij gesloten vorm de hars uitgehard gedurende ongeveer 30 minuten. Fig. 8 toont de situatie na het uitharden, waarbij eerst de luchtdruk in de buizen 5, 6 weer is teruggebracht tot atmosferische druk, waarbij de drukzakken weer ondermaats zijn ten opzichte van de inmiddels gevormde holten 7, 8 in het ontstane profiel 1. Na het reduceren van de luchtdruk in de buizen, wordt de vorm geopend door het van elkaar verwijderen van de bovenmatrijs 3 en de ondermatrijs 2. Fig. 9 toont de situatie waarbij het eindprodukt in de vorm van de profielmast 1 geheel uit de vorm 2, 3 wordt gelost en de drukzakken 5, 6 uit de holten 7, 8 zijn verwijderd.

De drukzakken 5, 6 kunnen opnieuw worden gebruikt of worden weggeworpen.

.8800301 6 AKU 2106

Desgewenst kunnen de drukzakken 5, 6 in het eindprodukt achterblijven. De in Fig. 1-9 steeds in dwarsdoorsnede getoonde vorm 2, 3 is aan de einden op niet getekende wijze gesloten.

Voor de in het voorgaande aan de hand van Fig. 1-9 beschreven werkwijze volgens de uitvinding zijn weefsels in de vorm aangebracht, die nog geen kunststof bevatten. Desgewenst kan men uitgaan van weefsels, die reeds voor het aanbrengen in de vorm zijn geïmpregneerd met kunststof. Dergelijke vooraf met kunshars geïmpregneerde weefsels worden prepregs genoemd. In plaats prepregs op basis van weefsels, kan men ook een zeer grote groep onderling evenwijdige of unidirectionele draden of garens vooraf met kunsthars impregneren en dan als prepreg in de vorm aanbrengen. Wanneer men in de vorm prepregs aanbrengt dan hoeft men geen kunststof meer in de vorm te injecteren, deze prepregs kunnen zowel met een thermoplastische als met een thermohardende kunststof zijn geïmpregneerd.

In Fig. 11-14 zijn schematisch enkele voorbeelden gegeven van anders gevormde produkten, die op eenvoudige en doelmatige wijze met de werkwijze volgens de uitvinding kunnen worden vervaardigd.

Fig. 11 toont een produkt, dat in hoofdzaak bestaat uit twee evenwijdige wanden 13, 14 die onderling zijn verbonden door een aantal rechte steunwan-den 15, die aan elkaar grenzende holten 16 van elkaar scheiden. De vervaardiging kan in hoofdzaak op de voor Fig. 1-9 beschreven wijze geschieden met behulp van uitzetbare ondermaatse rubber zakken of buizen 17, die zijn aangebracht in een vaste hoofvorm, die bestaat uit de ondermatrijs 20 en de bovenmatrijs 30. De versterkingsweefsels in de wanden zijn met 18 en 19 aangegeven. Het in Fig. 11 aangegeven produkt kan bijvoorbeeld dienst doen als vloer voor een vliegtuig. In een van de zakken is een stijve steunpijp 32 aangebracht, waarvan de wand een groot aantal perforaties 33 bezit. De steunpijp 32 is aan het ene uiteinde gesloten en aan het andere einde op niet getekende wijze voorzien van een aansluiting voor het toevoeren van perslucht. Desgewenst kan in alle drukzakken een dergelijke steunpijp worden aangebracht.

.8800301 AKÜ 2106 7

Fig. 12 toont een een met glasweefsel 21 versterkt kunststofprodukt 22, dat eveneens is gevormd in een ondermatrijs 20 en een bovenmatrijs 30 met behulp van een aantal opblaasbare rubber zakken 23. Het produkt 22 kan bijvoorbeeld dienst doen als balk of vloerelement. De vervaardiging geschiedt op soortgelijke wijze als voor Fig. 1-9 is aangegeven.

Fig. 13 toont een betrekkelijk grillig gevormd produkt 24, waarvan de wanden met glasweefsels 25 zijn versterkt en waarbij de uitzetbare buizen met 26 zijn aangegeven en onder- en bovenmatrijzen wederom met 20 en 30. Ook het produkt 24 kan met de werkwijze volgens de uitvinding worden vervaardigd en wel in hoofdzaak op soortgelijke wijze als voor Fig. 1-9 is aangegeven.

Fig. 14 toont een produkt 27, dat bestaat uit een soort driehoekige koker-balk met een drietal holten 28, die kunnen worden gevormd met behulp van een drietal opblaasbare rubber buizen of zakken 29 in samenwerking met de wederom uit een ondermatrijs 20 en een bovenmatrijs 30 bestaande vaste hoofdvorm. De wanden van het produkt 27 zijn versterkt met glasweefsels 31. Zelfs bij het betrekkelijk gecompliceerde produkt 27 volgens Fig. 14 kunnen rechte scheidingswanden met de werkwijze volgens de uitvinding op eenvoudige wijze tot stand worden gebracht.

Binnen het raam van de vinding kunnen diverse wijzigingen worden aangebracht. Met name kunnen de rubber buizen, zakken of slangen ook worden uitgezet met behulp van vloeistof in plaats van met perslucht. Ook kunnen de buizen of zakken uitgezet worden door in de vorm tussen de vaste mal en de drukzak in het vezelpakket een onderdruk aan te brengen. Uiteraard kunnen in de vorm een of meer inserts worden aangebracht, zoals hulp- of steun-wanden. Voorts kan de kunststof op gebruikelijke wijzen een bepaalde hoeveelheid vulstoffen bevatten.

.8800301

Claims (21)

1. Werkwijze voor het vervaardigen van een met een of meer vezellagen, zoals weefsels, versterkt uit kunststof gevormd voorwerp, waarbij in een hoofdvorm één of meer vezel!agen worden aangebracht om een uitzetbare als contravorm dienende in een hoofdvorm geplaatste zak en tussen de hoofdvorm en de zak wanddelen van het voorwerp uit de flexibele met kunststof geïmpregneerde vezellagen worden gevormd en het voorwerp na de vorming uit de hoofdvorm wordt verwijderd, met het kenmerk, dat twee of meer op elkaar volgende uitzetbare zakken worden toegepast en dat tussen op elkaar volgende zakken e'en of meer vezellagen worden aangebracht voor het vormen van een met eén of meer vezellagen versterkte kunststof-wand tussen op elkaar volgende zakken.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat zodanig gedimensioneerde zakken worden toegepast, dat tussen op elkaar volgende zakken nagenoeg rechte wanden van het voorwerp worden gevormd.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat zakken met zodanige afmetingen en uit zodanig materiaal worden toegepast, dat de zakken tijdens hun genoemde uitzetting elastisch worden uitgerekt.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat ten opzichte van de afmetingen van hun ligplaats in de hoofdvorm ondermaatse zakken worden toegepast.

6. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een hoofdvorm wordt toegepast, waarvan de dwarsdoorsnede, in het bijzonder dwars op de lengterichting van de drukzakken, niet overal gelijk is.

6. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat zakken met een dichte wand uit enigszins elastisch polymeer materiaal, zoals natuur rubber of synthetische rubber, worden toegepast. .8800301 AKU 2106 >

7. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het uitzetten van de zakken wordt uitgevoerd door het aanbrengen van een fluïdum onder druk, in het bijzonder lucht, in de zakken of door het aanbrengen van een onderdruk in de ruimte tussen de vaste mal en de drukzakken.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat in de zakken ten opzichte van de ruimte tussen zakken en vaste mal een overdruk van 10 tot 2500 kPa wordt aangebracht.

9. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat vezellagen worden toegepast, die zijn voorzien van een of meer geen vezels bevattende uitsparingen, zoals cirkel vormige openingen, voor het vormen van ope-ningen in de wand(en) van het gevormde voorwerp. * ·*

10. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat in een of meer van de zakken een kern in de vorm van een van perforaties in de wand voorziene steunpijp wordt aangebracht en dat het fluïdum onder druk via de steunpijp aan de zakken wordt toegevoerd.

11. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat zakken met in uitgezette toestand uitwendige dwarsdoorsneden van verschillende grootte worden toegepast.

12. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat zakken worden toegepast, waarvan in uitgezette toestand de lengte 5 tot 200 maal de binnendiameter bedraagt.

13. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat na het uitzetten van de zakken kunststof wordt geïnjecteerd in de ruimte tussen de zakken onderling en tussen de zakken en de wand van de hoofdvorm.

14. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een thermohardende kunststof wordt toegepast, die tijdens aandrukking door de zakken wordt uitgehard. .8800301 AKU 2106 *

15. Werkwijze volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat een thermohardende kunststof wordt toegepast, die wordt geselecteerd uit de volgende groep van materialen: onverzadigde polyesterhars, epoxyhars, vinylesterhars, acrylaathars, polyurethaanhars.

16. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een door verwarming in plastische toestand gebrachte thermoplastische kunststof wordt toegepast, die tijdens aandrukking door de zakken wordt verhard door afkoeling.

17. Werkwijze volgens conclusie 16, met het kenmerk, dat de thermoplastische kunststof wordt geselecteerd uit de volgende groep van materialen: polyamide, polycarbonaat, polyester, in het bijzonder polyethyleentere-ftalaat, polyetherimide, polyaramide, polyetheretherketon, polyfenyleen-sulfide, polysulfon en polycarbonaat.

18. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de voor het uitzetten van de zakken aangebrachte vezel!agen voor het aanbrengen in de hoofdvorm zijn geïmpregneerd met kunststof.

19. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de vezel lagen worden toegepast in de vorm van een weefsel, een mat, een breisel, een vlies of unidirectionele continue draden.

20. Werkwijze volgens conclusie 19, met het kenmerk, dat de vezels worden geselecteerd uit de volgende groep van materialen: glas, aramide, in het bijzonder polyparafenyleentereftaalamide (PPDT) en koolstof.

21. Gevormd voorwerp vervaardigd volgens de werkwijze van een of meer van de voorgaande conclusies. .8800301