NO173008B - Komposittmateriale i form av en hulplate samt fremgangsmaate for dets fremstilling - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår flerkanals, lette komposittbyggematerialer og en fremgangsmåte for deres fremstilling. Byggematerialene er særlig i form av plane eller buede hulplater og er egnet for konstruksjon av lette skrog.

Det er kjent at aeronautiske og marine konstruksjoner anvender komposittelementer av flerkanals byggematerialer, f.eks. laminerte byggematerialer av "sandwich"-typen eller av "honeycomb"-typen, hvor det muliggjøres en vektreduksjon uten samtidig reduksjon av den mekaniske styrke.

Slike flerkanals byggematerialer anvendes f.eks. for konstruksjon av celleoppbyggede plater for fly- eller båtskrog.

Et av formålene med den foreliggende oppfinnelse er å skaffe til veie flerkanals komposittbyggematerialer som har en struktur med flere lag lagt på hverandre og hvor kanalretnin-gen av hvert lags kanaler krysses for å samsvare med retningene for største mekaniske motstand for det ferdige produkt og således med retningene for de strekkpåkjenninger som materi-alet kommer til å bli påkjent av.

Man kjenner f,eks. fra FR 1 074 766, FR 1 578 529 eller US 3 556 448 slike flerkanals komposittbyggematerialer med flere lag, hovedsakelig bygget opp med to langsgående og kryssende kanalfelter. Rørformede profiler av lett materiale er innført i lagenes kanaler for å styrke byggematerialet og samtidig holde det lettest mulig. Den mekaniske motstand ivaretas enten av selve det celleoppbyggede materiale eller av ytre armeringslag. Materialstyrken begrenses således ved bruk av denne kjente teknikk. Fra produksjonsprosessen oppnås intet mellomprodukt med stor mekanisk motstand i cellestrukturens lengderetning og stor fleksibilitet i tverretningen, hvilket ville ha lettet den endelige forming til en plan eller buet konstruksjon av platetypen.

Nærmere bestemt beskriver FR 1 074 766 en fremgangsmåte for å fremstille lette komposittbyggematerialer ut fra en vevet nettplate med cellestruktur og som selv tjener som for-sterkende armering. I de kanaler som dannes i cellestrukturen føres profilrør (hjelpelegemer) inn, disse er imidlertid til-tenkt en ren hjelpefunksjon og trekkes ut etter impregneringen og polymeriseringen. Profilrørene er altså i prinsippet hjelpe- og tilpasningselementer og inngår ikke i hulplateopp-byggingen. Profilrørenes retning i den ferdige hulplate vil være bestemmende for strekkstyrke og bøystivhet i bestemte retninger. Oppbyggingen ifølge FR 1 074 766 får sin mekaniske styrke utelukkende bestemt av cellestrukturen med perpen-dikulært innvevde tråder, også når oppbyggingen har flere lag. Når man nemlig utfører tykkere armerte plater ut fra innleg-ging av hjelpeelementer danner armeringen avbrudd i forskjel-lige snittplan, hvilket ikke vil gi spesielt stor mekanisk styrke i alle retninger. Dette er imidlertid ofte påkrevet f.eks., for båtskrog. I motsetning til dette er ikke den mekaniske styrke av selve nettplaten eller celleoppbyggingen av særlig stor betydning, siden denne ikke tjener til annet enn å holde profilrørene på riktig plass under den videre fremstilling til det ferdige innstøpte produkt.

De samme betraktninger gjelder også US 3 556 448 som fremviser en plan, celleoppbygget platekonstruksjon av lig-nende type, særlig for fremstilling av transportpaller. Pro-duktet eller komposittmaterialets kanaler fylles av et ekspandert termoplastisk polymerskum som altså ikke gir særlig til-legg til den mekaniske styrke i kanalenes lengderetning. Denne styrke bevirkes av selve den vevde omslutning. Denne er imidlertid tredimensjonal, dvs. med betydelig tykkelse og vil ikke være særlig egnet til å fremstille plane, armerte plater.

FR 1 587 529 fremviser en lett flerkanals kompositt-oppbygging for å fremstille plane plater med sidestilte skillevegger, særlig for transportbeholdere eller -kurver. Tapper med celleoppbygging er ført inn i de hulrom som dannes av de kryssende vevlag, men har ingen annen funksjon enn å gjøre strukturen lettere. Tappenes tverrsnitt er heller ikke tilpas-set hulrommenes eller kanalenes, tvert imot er det nødvendig med en viss klaring for å gi plass til en harpiks som ifylles etterpå og som sikrer avstivningsfunksjonen og, i samvirke med klednings- eller beskyttelseslag også gir den nødvendige mekaniske styrke. Som en variant pålegges et utvendig metall-armeringsnett.

Fra US 4 405 669 kjennes armerte byggematerialer av syntetiske harpikser, for båtskrog. Byggematerialene er sam-mensatt av overlappende lag som er sydd sammen på tvers og eventuelt har langsgående mellomrom for opptak av rør for av-stivning .

US 4 395 450 viser og beskriver kompositthulromstruk-turer med forsterkning for flyvinger. Det byggemateriale som dannes av disse strukturer er forhåndstilformet, men ikke som følge av en sammenveving. I byggematerialets hulrom blir ført kjerner eller rør for å tjene som armering.

US 4 329 447 beskriver og viser hvordan sammenføyning av en stiv hulplate med mellomsjikt av siksaklagte filamenter kan utføres. Hulplaten blir herdet ved at den dyppes i harpiks som etterpå herdes. Det blir ikke lagt inn avstivende profiler i hulplatens hulrom.

US 4 223 053 viser og beskriver flerkanals sammen-satte hulplater med triangulære hulrom, og hulplaten er slik at den har relativt stor motstand mot bøyning i hulrommenes tverretning.

US 4 090 002 gjelder byggematerialer med langsgående rør som holdes sammen av en omvikling som kan minne om en tolags vevet cellestruktur. Omviklingen utføres etter at rørene er lagt inn, og det foreslås ifølge patentskriftet at rørene trekkes ut etter at harpiksen er herdet. Bare i enkelte til-feller ønskes å holde tilbake noe av rørene for å benytte dem som kanalrør for væske, gass eller kabler. Det anses som for-delaktig ifølge dette patentskrift at de hulrom som blir fri-gjort når rørene trekkes ut blir fylt av et materiale såsom balsa, ekspandert plast, glasselementer, sagflis e.l. Spesielt egnet for konstruksjoner som blir utsatt for store påkjen-ninger, slik det f.eks. vil være tilfelle med båt- og flykon-struksjoner, later det imidlertid ikke til at dette kjente byggemateriale er.

US 3 965 942 viser en hulplatestruktur med plane ytterflater og som er relativt komplisert oppbygget, hovedsakelig av to lag som innbyrdes er forbundet med skråstilte doble mellomplater. Under fremstillingen av strukturen tenker man seg profiler innført i dens hulrom, hovedsakelig i form av en mal eller støpeform. Under den siste fase av herde- og opp-varmingsprosessen er disse profiler tenkt tilintetgjort eller

trukket ut.

Endelig er det fra GB 587282 fra 1944 kjent hvordan man kan støpe hulplater, selv om disse på langt nær er bereg-net som lettvekts byggeelementer for særlig påkjente kon-struksj onsdeler.

Et særlig formål med den foreliggende oppfinnelse er å lette fabrikasjonen av flerkanals byggematerialer av kompo-sittmateriale ved anvendelse av et mellomprodukt eller halvfabrikat.

Oppfinnelsen løser den stilte oppgave ved å skaffe til veie et komposittbyggemateriale i form av en hulplate med innlagt armering og med lav volumvekt, og særlig kjennetegnet ved kombinasjon av de i og for seg kjente elementer som fremgår av karakteristikken i dette krav. Ytterligere særtrekk ved oppfinnelsens byggemateriale vil fremgå av de etterfølgende to uselvstendige krav. Videre gjelder oppfinnelsen et halvfabrikat for produksjon av et komposittbyggemateriale, slik det fremgår av det etterfølgende krav 4, og en fremgangsmåte for produksjon av et flerkanals armert komposittbyggemateriale i form av en hulplate, særlig kjennetegnet ved de trekk som fremgår av karakteristikken i det etterfølgende krav 5.

En fordel med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen beror på det faktum at man separat kan seriefreinstille den nettplate hvis kanaler omslutter et rørformet profil, her kalt profilrør, og de hulplateemne som på denne måte blir bygget opp kan deretter lagres, transporteres og plasseres der hvor den videre fremstilling skal foregå, f.eks. i en støpeinnret-ning. Et slikt hulplateemne utgjør således et halvfabrikat som er egnet for fabrikasjon av den endelige flerkanalkonstruksjon i form av hulplaten.

En annen fordel er at den celleoppbyggede nettplate kan krummes temmelig kraftig i tverretningen og likeledes ganske lett i lengderetningen. Ved å benytte seg av den natur-lige nedbøyning ved større spenn muliggjøres fabrikasjonen av plater eller skrog som har en ønsket stor tverrkrumming og svak lengdekrumming, f. eks. rør med svakt buet form eller deler av et flyskrog.

Nok en fordel ifølge oppfinnelsen er at det blir mulig å fremstille lette komposittmaterialer med krysslagte lag for nettopp å kunne gi stor stivhet i bestemte retninger.

De rørformede profiler som blir lagt inn i nettplaten har f.eks. stor stivhet ved at de er fremstilt ved trekking og vil gi byggematerialet stor bøyestivhet i lengderetningen. Armeringslagene som kan legges med armeringens orientering i de retninger som forventes utsatt for strekkpåkjenninger bidrar ytterligere til en stor total styrke.

Byggematerialet ifølge oppfinnelsen har også den fordel at de rørformede profiler som inngår kan gjøres vanntette ved at deres ender lukkes.

Når rørene blir bundet i en herdet, omsluttende harpiks økes ytterligere konstruksjonens stivhet og den mekaniske styrke uten at vekten økes nevneverdig.

Beskrivelsen som nå følger støtter seg til de led-sagende tegninger av ikke begrensende utførelseseksempler av flerkanals byggematerialer ifølge oppfinnelsen, og tegningenes fig. 1 viser en perspektivskisse av de enkelte byggeelementer i et halvfabrikat ifølge oppfinnelsen, fig. 2 viser et tverrsnitt av samme, fig. 3 viser de fraskilte elementer i perspek-tiv, i et annet halvfabrikat ifølge oppfinnelsen, fig. 4 viser et ettlags, buet byggemateriale ifølge oppfinnelsen, og fig. 5 viser et tilsvarende tolags, buet byggemateriale ifølge oppfinnelsen.

Hvis det endelige produkt er bestemt for bruk i vann, f.eks. i et båtskrog, kan profilrørene 5, 11 lukkes vanntett i endene, og siden rørene selv er vanntette vil ikke vann kunne trenge inn i byggematerialet, selv om det skulle oppstå en lokal skade.

Forskjellig teknologi kan anvendes i en fremgangsmåte for produksjon av flerkanals, lette komposittbyggematerialer ifølge oppfinnelsen.

Ifølge en første teknologi plasseres først ett eller flere armeringslag 7, 13 i bunnen av en støpeform og impregneres med polymeriserbar harpiks 8, 16. Deretter legges på dette første dekke det halvfabrikat som består av profilrørene plassert i kanalene 4, 10 i nettplaten 1, 9, og man impreg-nerer likeledes duken med den polymeriserbare harpiks 8, 16. Deretter legges ett eller flere lag av ytterligere armering 6, 13 som også impregneres med harpiks, og til slutt polymeriseres det hele, i det tilfelle hvor den ferdige hulplate 12 bare skal ha ett enkelt kanallag.

Hvis man i stedet ønsker å lage et byggemateriale med flere kanallag, enten disse er lagt i kryss eller ikke, plasseres det første kanallag som representerer et halvfabrikat på de første armaturlag, deretter følger det andre lag (på ny et halvfabrikat) og til sist legges det eller de øverste armeringslag.

Hvis det ønskes et byggemateriale med enkel eller dobbel krumming, utføres denne fremgangsmåte i en krum støpe-form.

Ifølge en annen teknologi kan de ytre armaturlag på forhånd være impregnert med harpiks som ikke er fullstendig polymerisert, og i såfall er det tilstrekkelig å plassere ett eller flere armeringslag i en støpeform, deretter et halvfabrikat bestemt for å danne kjernen i det endelige produkt, og så ett eller flere ytre armeringslag oppå dette før den endelige avsluttende polymerisering foregår ved en høyere tempera-tur.

De flerkanals, lette komposittbyggematerialer i samsvar med oppfinnelsen omfatter ett eller flere overlagrede kanallag som gir utgangspunkt for konstruksjon av alle typer lette og ikke korroderbare byggematerialer med svært gode mekaniske egenskaper, f.eks. plater og andre konstruksjons-elementer for båtskrog, vegger og elementer i luftfartøyer, skillevegger, bjelker etc.

For å fremstille et endelig plant produkt som omfatter flere kanallag kan to flerkanals hulplater fabrikeres separat, idet hver av disse har ett lag med kanaler, og deretter kan disse enkelte flerkanals halvfabrikata legges i en bestemt vinkel på hverandre og sammenføyes ved f.eks. klebing.

For å fremstille et endelig produkt i samsvar med fig. 5 og som omfatter flere kanallag med krumming, er det best å forme de to enkelte lag separat og fortløpende i én og samme støpeform før polymeriseringen med harpiks foretas.

Ifølge en tredje teknologi plasseres halvfabrikatet på spanter som har den ønskede krumming, på en av halvfabrikatets sider legges ett eller flere armeringslag, impregnering med polymeriserbar harpiks foretas, og til sist polymeriseres dette halvfabrikat. Etter at det hele er snudd og plassert på sin motsatte flate, legges øverst på ny ett eller flere armaturlag, disse impregneres med harpiks og det hele polymeriseres på ny.

Ifølge nok en teknologi kan de ytre armeringslag være lag som er impregnert med ufullstendig polymerisert harpiks, og i dette tilfelle er fremgangsmåten den samme som ovenfor, idet polymeriseringen da foretas i to trinn. Ifølge en ytterligere teknologi kan de ytre armeringslag være utført som en omvikling når det flerkanals byggematerialet ifølge oppfinnelsen omfatter kanaler med sylindrisk tverrsnitt, Det betyr at en tråd kan omvikles i skrueform fra den ene til den andre side av den celleoppbyggede duk som omslutter de rørformede og i dette tilfelle sylindriske profiler, og denne omvikling foregår da i en viklemaskin.

Oppfinnelsen bygger videre på denne kjente teknikk, og oppfinnelsens bygningsmaterialer er basert på at de inn-førte profilrør aktivt bidrar til den mekaniske styrke av den hulplate som således blir bygget opp, særlig ved at profil-rørene har spesielle egenskaper og er fremstilt av et lett og samtidig sterkt materiale, forøvrig på i og for seg kjent måte.

Claims (7)

1. Komposittbyggemateriale i form av en hulplate (12, 14) med innlagt armering (6, 7, 13, 15) og med lav volumvekt, KARAKTERISERT VED kombinasjon av de i og for seg kjente elementer: en hul nettplate (1, 9) som er oppbygget ved dobbelveving og har sideliggende og langsgående kanaler (4, 10) med to regelmessig sammenføyde eller kryssende lag (2a, 2b), et profilrør (5, 11) innført i hver av nettplatens (1, 9) kanaler (4, 10) for å avstive disse og nettplaten, og en polymerisert harpiks (8, 16) som i en støpeprosess er pålagt utenpå hulplatens (12, 14) armering, idet denne er i form av ett eller flere armeringslag (6, 7, 13, 15) på ytter-f låtene av nettplaten (1, 2), særlig slik at armerings lagenes elementer strekker seg i to kryssende hovedretninger tilsvarende retningen av de forventede strekkpåkjenninger.

2. Komposittbyggemateriale ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED to nettplater lagt i kryss og hver med innlagte avstivende profilrør (11) slik at lengderetningen av profilrørene i hvert respektive lag danner en vinkel med hverandre, og tre armeringslag (15) hvorav ett er lagt mellom de to lag av profilrør (11).

3. Komposittbyggemateriale ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at de ytre armeringslag (13) er utført som en omvikling.

4. Halvfabrikat for produksjon av et komposittbyggemateriale ifølge ett av de foregående krav, KARAKTERISERT VED en hul nettplate (1, 9) med dobbel vevet oppbygging og sideliggende og langsgående kanaler (4, 10) med to regelmessig sammenføyde eller kryssende lag (2a, 2b), og et innlagt avstivende profilrør (5, 11) i hver av nettplatens (1, 9) kanaler (4, 10), idet kanalene (4, 10) er sammenpresset etter at profilrørene (5, 11) er innført, og idet nettplaten med de .avstivende profilrør eventuelt er til-bøyd til ønsket, særlig enkelt buet form, i et plan normalt på profilrørens (5, 11) lengderetning.

5. Fremgangsmåte for produksjon av et flerkanals, armert komposittbyggemateriale i form av en hulplate (12, 14) med lav volumvekt ifølge kravene 1-4, KARAKTERISERT VED kombinasjon av de i og for seg kjente trekk: oppbygging ved dobbelveving av en hul nettplate (1, 9) med sideliggende og langsgående kanaler (4, 10) med to regelmessig sammenføyde eller kryssende lag (2a, 2b), innføring av et avstivende profilrør (5, 11) i hver av nettplatens (1, 9) kanaler (4, 10), sammenpressing av kanalene inntil de blir liggende an mot profilrørenes (5, 11) overflate, eventuell tilbøyning av det halvfabrikat som nettplaten (1, 9) med de innlagte avstivende profilrør danner til ønsket, særlig enkelt buet form, i et plan normalt på profil-rørenes (5, 11) lengderetning, plassering av ett eller flere armeringslag (6, 7, 13, 15) på hver av halvfabrikatets ytterflater, særlig slik at armeringslagenes elementer strekker seg i to kryssende hovedretninger tilsvarende retningen av de forventede strekkpåkjenninger, påføring av en polymeriserbar harpiks (8, 16) i en støpeprosess, og polymerisering av harpiksen (8, 16).

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5 for produksjon av en buet hulplate (12, 14), KARAKTERISERT VED veving av nettplaten (9) slik at dens tverrsnittsprofil får to speilvendt symmetrisk kryssende bølgelinjer, hvorved kanalene (10) får tilspisset oval tverrsnittsform.

7. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 5 - 6, KARAKTERISERT VED forhåndsimpregnering av de ytre armeringslag (6, 7, 13, 15) med harpiks (8, 16) og deretter plassering utenpå den avstivede nettplate (1, 9).