NO169394B - Fremgangsmaate for fremstilling av en formet gjenstand fraet ark av fiberforsterket syntetisk termoplastmaterial - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av en formet gjenstand fra et ark av fiberforsterket syntetisk termoplastmaterial, og det særegne ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er at de separerte enkelt-fibrene har en elastisitetsmodul på mer enn 10.000 Mega Pascal og det partikkelformede termoplastmaterial har en partikkel-størrelse på mindre enn 1,5 mm, omfattende trinnene med forst å oppvarme arket for å fjerne restfuktighet derfra og for å binde fiberkomponenten og plastkomponenten sammen til et selvbærende permeabelt ark mens partikkelformen av plastmaterialet

i vesentlig grad opprettholdes, det selvbærende ark overføres til en oppvarmingsovn for luftgjennomstrømning gjennom arket, oppvarmet luft føres gjennom arket slik at dettes komponenter oppvarmes jevnt og homogent til en temperatur hvor viskositeten av termoplastmaterialet som utgjør den partikkelformede komponent, er tilstrekkelig lav til at arket kan formes til en formet gjenstand, hvoretter det oppvarmede permeable ark over-føres til en trykkform og arket underkastes press-støping ved et forut bestemt trykk slik at det dannes en formet fiberforsterket piastmaterialgjenstand.

Disse og andre trekk ved oppfinnelsen fremgår av patent-kravene.

Tidligere ble fiberforsterkede plastgjenstander tildannet ved forming fra konsoliderte stive ark som inneholdt glassfiber-matter tildannet fra meget lange glassfibersnorer (dvs. fiber-bunter) med lengde f.eks. 2000 cm eller mer og som forløp i en tilfeldig serpentin-lignende måte gjennom hele arket.

For tilfredsstillende forming av slike ark må de forvarmes homogent. Dette krever både tid og nøyaktig temperaturstyring hvis overoppheting og nedbrytning av arkoverflåtene ikke skal forekomme mens kjernedelene av arkene bringes opp til den nødvendige formetemperatur. Slike materialer lar seg ikke lett underkaste dyptrekks-forming.

Etter den nevnte første oppvarming eller forvarmingen kan strukturen enkelt formes til en ikke-permeabel gjenstand. Alternativt kan den underkastes begrenset kompresjon i formen slik at den forblir permeabel. Strukturen kan også kompri-meres fullstendig i formen slik at det smeltede termpolast-material fukter fibrene. Formen blir så åpnet noe slik at materialet kan ekspandere som et resultat av elastisiteten i fibrene og materialet blir da permeabelt som beskrevet i norsk patentsøknad 85.0043. I visse tilfeller, og særlig når det kreves en jevn eller blank overflatefinish, kan strukturen impregneres med en flytende termoherdende harpiks før eller etter forming som beskrevet i norsk patentsøknad 85.0044.

Den åpne arklignende struktur omfatter 20 til 60 vekt% forsterkende fibre med en høy elastisitetsmodul og lengde mellom 7 og 50 mm, og 40 til 80 vekt% ukonsolidert partikkelformet plastmaterial, og hvori de fibrøse komponenter og plastmaterialkomponentene er sammenbundet til en luftpermeabel struktur.

Når således glassfiber anvendes og mottas i form av oppkuttede snorbunter blir buntene brutt ned til enkelte fibre før strukturen tildannes.

Den høye elastisitetsmodul betyr i den foreliggende sammenheng en elastisitetsmodul som er vesentlig høyere enn for et konsolidert ark som kunne tildannes fra strukturen. Fibrene som faller innenfor denne kategori inkluderer glassfibre, karbonfibre og keramiske fibre og fibre som f.eks. aramid-fibrene som selges under handlesbetegnelsene "Kevlar" og "Nomex" og som generelt vil inkludere hvilke som helst fibre med en elastisitetsmodul høyere enn 10.000 Mega Pascal.

En fremgangsmåte for fremstilling av en struktur av den type som er beskrevet i det foregående er omhandlet i norsk patent-søknad 85.0040.

En grei fremgangsmåte i samsvar med oppfinnelsen inkluderer oppvarming av arket i en ovn hvor arket befinner seg mellom åpne understøttelser hvorigjennom varmluft føres.

Oppfinnelsen skal beskrives videre med henvisning til de vedføyde tegninger hvori: Fig. 1 er et skjematisk tverrsnitt gjennom en åpen permeable struktur av type egnet for bruk som et utgangsmaterial ved den foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 er et sideoppriss gjennom en varmluft-gjennomstrøm-ningsovn for bruk ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, og Fig. 3 er et sideoppriss gjennom en form som viser et formlegeme tildannet i samsvar med fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen. Fig. 1 viser en ukompaktert fiberholdig struktur 1 omfattende fibre 2 blandet med partikkelformet plastmaterial 3, idet fibrene og plastpartiklene er bundet sammen slik at de danner en sammenhengende, men permeabel struktur. Fig. 2 viser en ovn for oppvarming av en permabel struktur 1 av typen vist i fig. 1. Ovnen består av en øvre del 4 og en nedre del 5, idet delene 4 og 5 omfatter respektive over-trykks-kamre 6 og 7. Den nedre vegg 8 av delen 4 og den øvre del 9 av delen 5 består av grillstaver som letter den vesentlig grad uhindrede luftgjennomstrømning.

For å oppvarme strukturen 1 innføres varm luft i overtrykks-kammeret 7, passerer gjennom grillen 9, strukturen 1 og grillen 8 og slippes så ut gjennom kanalen 11 fra over-trykkskammeret 6.

Etter oppvarming som beskrevet til f.eks. 200°C overføres strukturen 1 til en form, typisk av den type som er vist i fig. 3.

Med henvisning til fig. 3 viser denne en form med en øvre del 13 og en komplementær nedre del 12 hvorimellom strukturen 1 er blitt formet. Før eller etter oppvarmingstrinnet er blitt gjennomført kan strukturen 1 være blitt impregnert med en flytende termoherdende harpiks som i det minste delvis herdes mens strukturen befinner seg i formen.

Formen kan anvendes for fullstendig konsolidering av strukturen slik at det resulterende formlegeme er fast og ikke-permeabelt. Formlegemet kan ellers delvis kompakteres slik at det forblir porøst. Alternativt kan en porøs gjenstand oppnås ved delvis eller fullstendig kompaktering og konsolidering av gjenstanden hvoretter formen åpnes litt slik at elastisiteten i glassfiberinnholdet tillater å ekspandere formlegemet til den ønskede tykkelse.

Egnede termoplastmaterialer inkluderer polyetylen, polypropylen, polystyren, akrylnitril-styrenbutadien, polyetylentereftalat og polyvinylklorid, både myknet og ikke-myknet. Det er antatt at et hvilket som helst termoplastmaterial kan anvendes som ikke angripes kjemisk av vann og som kan myknes tilstrekkelig ved hjelp av varme uten kjemisk nedbrytning.

Termoherdende materialer som kan anvendes for impregnering av strukturen inkluderer fenolharpikser og polyesterharpikser, f.eks. fenolaldehydharpiks, ureaformaldehyd- og melamin-formaldehydharpikser, umettede polyestere og polyuretaner.

Eksempel 1

Et ark av svakt sammenbundet ukonsolidert permeabelt material omfattende 33 % enkle glassfibre med lengde 13 mm og 11 um diameter, 67 % polypropylenpulver sammen med et markedsført antioksydasjonsmiddel, og med en flatevekt på 3000 g pr. kvadratmeter ble anbragt i en luftgjennomstrømningstørkeovn fremstilt av Honeycomb Engineering Co. Varm luft ved 230°C ble tilført oversiden av arket og et delvis vakuum påført undersiden. Den porøse natur av arkmatten tillot varmluft å passere gjennom matten slik at materialet ble jevnt oppvarmet. Etter en kort tid (omtrent 6 sekunder) ble det fremdeles porøse material oppvarmet fullstendig til lufttemperaturen på 230°C. Denne temperatur, som var omtrent 50°C høyere enn smeltepunktet for polypropylen, tillot at matten hurtig kunne fjernes fra ovnen og underkastes formgivning. Under oppvarm-ingen av matten ble det bemerket at trykkfallet gjennom tykkelsen av materialet var hovedsakelig konstant, idet dette var 75 cm vannsøyle initialt som steg til 85 cm vannsøyle etter fullført oppvarming.

Eksempel 2

Et ytterligere eksempel anvendte material inneholdende 50 % glassfiber (13 mm lange, 11 um diameter som tidligere), 50 % polypropylenpulver + antioksydasjonsmiddel. Oppvarmingstiden var omtrent 4 sekunder med trykkfall det samme som i de foregående eksempel.

Den mulighet at man kan oppvarme en porøs ukonsolidert bane har et antall vesentlig fordeler: a) besparelser i prosesstid og omkostninger da fremstil-lingstrinn spares; b) en hurtigere oppvarming av materialet før formeopera-sjonen; omtrent 6 sekunder i motsetning til 3 minutter for et konsolidert ark i en infrarød ovn; c) utvikling av en bedre temperaturgradient gjennom tykkelsen av materialet, da passeringen av varmluften oppvarmer matten jevnt gjennom hele dens tykkelse mens infrarød oppvarming av et konsolidert ark utvikler en temperaturprofil fra overflaten til midtpartiet med fare for termisk nedbrytning av plastmaterialet ved overflaten før midtpartiet har oppnådd den ønskede temperatur; d) emer kan tilkuttes fra den ukonsoliderte matte før opp-varmingen og "avfallsmaterial" kan lett "males opp" for fornyet anvendelse. Dette i motsetning til avfall som skriver seg fra emner kuttet ut fra konsoliderte ark som må males med mye høyere omkostninger til partikkelform for fornyet anvendelse.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av en formet gjenstand fra et ark av fiberforsterket syntetisk termoplastmaterial, hvor arket omfatter fra 20 til 60 vekt% separate enkeltfibre med lengde mellom 7 og 50 mm, og fra 40 til

80 vekt% ukonsolidert partikkelformet termoplastmaterial, karakterisert ved at de separerte enkelt-fibrene har en elastisitetsmodul på mer enn 10.000 Mega Pascal og det partikkelformede termoplastmaterial har en partikkelstørrelse på mindre enn 1,5 mm, omfattende trinnene med først å oppvarme arket for å fjerne restfuktighet derfra og for å binde fiberkomponenten og plastkomponenten sammen til et selvbærende permeabelt ark mens partikkelformen av termoplastmaterialet i vesentlig grad opprettholdes, det selvbærende ark overføres til en oppvarmingsovn for luftgjennomstrømning gjennom arket, oppvarmet luft føres gjennom arket slik at dettes komponenter oppvarmes jevnt og homogent til en temperatur hvor viskositeten av termoplastmaterialet som utgjør den partikkelformede komponent, er tilstrekkelig lav til at arket kan formes til en formet gjenstand, hvoretter det oppvarmede permeable ark overføres til en trykkform og arket underkastes press-støping ved et forut bestemt trykk slik at det dannes en formet f iberf orsterket termoplastmaterialgjenstand.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at det som fibre anvendes glassfibre med en diameter mindre enn 13 mikrometer.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at det som termoplastmaterial anvendes material valgt fra gruppen bestående av polyetylen, polypropylen, polystyren, akrylnitril-styren-butadienpolymer, polyetylentereftalat og polyvinylklorid, eventuelt i plastisert form.

4. Fremgangsmåte som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at bindingsgraden styres slik at komponentene bringes til å henge sammen mens tilstrekkelig fleksibilitet bibeholdes slik at strukturen fremdeles kan spoles opp i arkform i påvente av press-støpingen.

5. Fremgangsmåte som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at bindingsgraden styres slik at det frembringes et stivt, men fremdeles luft-permeabelt ark for etterfølgende press-støping.