NO174335B

NO174335B - Fremgangsmaate for fremstilling av formede gjenstander av plastkomposittmateriale

Info

Publication number: NO174335B
Application number: NO851017A
Authority: NO
Inventors: James Buchan Cattanach; Anthony John Barnes
Original assignee: Alcan Int Ltd
Priority date: 1984-03-16
Filing date: 1985-03-14
Publication date: 1994-01-10
Also published as: EP0155820B1; GB2155845B; BR8501172A; EP0155820B2; DE3561094D1; IL74608A0; GB8506755D0; EP0155820A3; GB2155845A; EP0155820A2; IL74608A; NO174335C; CA1243177A; ES541304A0; US4657717A; NZ211458A; NO851017L; ES8606088A1

Description

Oppfinnelsen angår fremgangsmåter for fremstilling av formede gjendstander av plastkomposittmaterialer med fibre dispergert i en grunnmasse av et termoformbart materiale, hvor minst én side av et legeme av det nevnte komposittmateriale er i kontakt med en plate av et metall, som kan deformeres plastisk ved høy temperatur.

Komposittmaterialer bestående av plast armert med kontinuerlige fibre, såsom karbon- eller borfibre kan anvendes til fremstilling av gjenstander med høy styrke i forhold til vekten, og ønskelige egenskaper i form av stivhet og holdbarhet. Gjenstander fremstilt fra slike komposittmaterialer blir i økende grad anvendt i luftfart- og romfartindustrien. En type komposittmateriale omfatter fibrer dispergert i et termoplastmateriale, f.eks. en polyaromatisk polyeter-eterketon kjent som PEEK tilgjengelig fra Imperial Chemical Industries plc under varemerket Victrex. En annen type komposittmateriale omfatter fiberarmerte varmherdende materialer, og disse er meget anvendt i luftfartsindustrien og andre industrier. Komposittmaterialer inneholdende termoplastmaterialer har den fordel i forhold til komposittmaterialer inneholdende varmherdende plastmaterialer at stivningen av plastmaterialet er reverserbar og et legeme av det faste komposittmateriale kan deformeres til en ønskelig form ved oppvarming av komposittmaterialet til en temperatur hvor plastmaterialet er deformerbart, fulgt av forming til fasong og avkjøling. Denne operasjon kan gjentas og tillater at gjenstander fremstilt fra komposittmaterialet kan repareres, alternativt kan komposittmaterialet resirkuleres.

Den grad i hvilken et legeme av fiber/plast-komposittmateriale kan deformeres i varm tilstand, avhenger hovedsakelig av arrangementet av fibrene, som generelt er ikke-forlengbare i legemet. Komposittmaterialene fremstilles vanligvis som plater i form av lag av kontinuerlige fibre lagt oppå hverandre, i hvilke fibrene av et lag kan veves sammen og fibrene impreg-neres slik at de enkelte fiberfilamenter omgis og bringes i berøring med plastmaterialet. Når platen deformeres ved bøying og/eller strekking i varm tilstand, flyter plastmaterialet for å anta den nye form av platen, men det er også nødvendig for strukturene dannet av fibrene, å tilpasse seg den nye form. Ufullkommen tilpasning av fibrene kan føre til feil form

og/eller utilfredsstillende mekaniske egenskaper i den formede gjenstand. Noen vanlige fremgangsmåter til forming forårsaker "bulning" av fibrene som er i kompresjon etter deformeringen, generelt på den konkave side av en bøy, og videre kan bevegelse av ett lag fiber i forhold til det neste frembringe delamine-

ring.

Når det gjelder komposittmaterialer av fiber/varmherdbar

polymer er problemet med fremstilling av formede gjenstander inneholdende kontinuerlige fibre mindre alvorlig når den varmherdbare polymer er en herdbar harpiks med lav viskositet,

fordi de harpiksimpregnerte fibre er bøyelige, ikke-stive mellomprodukter som lettere kan tilpasses i utformede former.

Disse systemer lider imidlertid av den ulempe at lange

herdesykluser er nødvendige, slik at produktiviteten fra formingsutstyret er lav. Problemet med forming av armerte varmeherdbare mellomprodukter er imidlertid meget betydelig når den varmherdbare polymer ikke er en harpiks med lav viskositet,

men har tilstrekkelig høy viskositet til å meddele stivhet til mellomprodukt-komposittmaterialet som skal formes og herdes.

Dette er tilfellet når det varmherdbare materiale er et fast

stoff som er blitt impregnert inn i fiberstrukturen ved en oppløsningsprosess hvor oppløsningsmiddelet senere er blitt fjernet. Slike produkter er stive bord-lignende materialer som ikke kan anvendes på samme måte som harpiks/fiber-komposittmaterialene med lav viskositet for å oppta fasongen av formen.

Den foreliggende oppfinnelse har til hensikt å skaffe en fremgangsmåte til forming av slike bord-lignende mellomprodukter. Fremgangsmåten skal også med fordel kunne anvendes på harpiks/fiber-mellomprodukter med lav viskositet.

Disse hensikter ved oppfinnelsen oppnås ved en fremgangsmåte

til fremstilling av en formet gjenstand av et plast-

komposittmateriale med fibre dispergert i en grunnmasse av et termoformbart materiale, hvor minst én side av et legeme av det nevnte komposittmateriale er i kontakt med en plate av et metall, som kan deformeres plastisk ved høy temperatur, hvilken fremgangsmåte er kjennetegnet ved at platen deformeres i retning mot legemet, mens platens kanter sikres for å forhindre deres bevegelse samtidig som legemet holdes fritt for hindringer slik at det kan bevege seg uhindret på platen, idet denne holdes på en temperatur hvor den kan deformeres plastisk, mens komposittlegemet holdes ved en temperatur hvor det vil tilpasse seg formen av platen. Et egnet superplastisk metall er f.eks. en superplastisk aluminiumslegering av den type som er beskrevet i GB PS 1 387 586 og 1 445 181.

I britisk patentsøknad nr. 2 051 655 er det beskrevet forming av fiber/termoherdende harpikssammensetninger hvor sammen-setninger er innesluttet mellom fleksible filmer som defor- . meres. Filmene beskrives som polyvinylkloridfilmer. Man finner ikke noen henvisning til plastisk deformerbare metallplater.

I US-PS nr. 4 390 489 beskrives en metode for forming av fiberforsterket termoplastisk materiale båret av en metallfolie som etter ønske kan fjernes fra det formede produkt eller bli en del av dette. Som det fremgår av patentskriftets spalte 5, kan det velges folier av materialer som har et smeltepunkt som er signifikant høyere enn plastmaterialets. Som eksempel nevnes at hvittmetall med smeltepunkt på 238°C, bare anvendes som foliemateriale ved forming av polyetylen og polypropylen, som har smeltepunkt i underkant av 200°C.

Oppfinnelsen skiller seg fra det som tidligere er kjent ved at metallplaten(e)s kanter hindres i å bevege seg under formingsprosessen slik det er vanlig ved dyptrekking av såvel termoplast- som metallmaterialer som er deformerbare ved forhøyet temperatur, mens komposittmaterialets bevegelse ikke hindres.

Det vesentlige nye ifølge søknaden ligger i at emneplaten kan bevege seg fritt og uhindret i forhold til platen(e) under deformasjonen, mens platens kanter er sikret mot bevegelse. Bakgrunnen er spesielle formingsproblemer knyttet til arrangementet av fibrene, som generelt er ikke-forlengbare, i legemet, noe som ved noen vanlige formingsmetoder forårsaker "buling" av fibrene etter deformeringen, generelt på den konkave siden av en bøy. Bevegelse av ett lag fiber i forhold til et annet kan dessuten frembringe delaminering.

Det termoformbare materiale kan være et termoplastmateriale eller et varmherdende materiale. I det tilfelle hvor en termoplastisk polymergrunnmasse anvendes, bør termoplasten være på en temperatur hvor den er plastisk deformerbar. I det tilfelle hvor en varmherdende grunnmasse anvendes, hvilken har en slik viskositet ved omgivelsestemperatur at komposittlegemet er et stivt fast legeme, må temperaturen være tilstrekkelig.høy til å redusere viskositeten av den stive varmherdbare grunnmasse for å gjøre grunnmassen i stand til å flyte når den underkastes deformasjon via metallplaten. I det tilfelle grunnmassen er en flytende varmherdbar harpiks, vil legemet allerede være lett å deformere ved omgivelsestemperatur. I det siste tilfelle gir oppfinnelsen fordeler på herdetrinnet.

Skjønt et hvilket som helst termoplastmateriale kan anvendes som grunnmasse, er oppfinnelsen av særlig interesse når termoplasten er en aromatisk polymer med høy termisk stabilitet, f.eks. polyarylketoner, polyamider, polyestere, polysulfoner, polyetersulfoner, polyarylensulfider, termo-plastiske polyimider, polyeterimider og polyamidimider. De varmherdende materialer innbefatter epoksyharpikser og harpikser med høyere termisk stabilitet, f.eks. vinylpolyester-harpikser, polyimider, særlig de som fås fra mismaleimider, ftalcyaninharpikser, polystyrylpyridiner, acetylen-avsluttede imider og nadic-avsluttede imider.

Fremgangsmåten er særlig nyttig når den anvendes på kompo-sittlegemer i form av plater med en tykkelse på 0,25-25 mm. Lengden og bredden av legemet vil avhenge av størrelsen på utstyret som er tilgjengelig for pressing eller deformering. Plater med dimensjoner på 5m x 3m kan håndteres i utstyr som er tilgjengelig i handelen.

Skjønt fremgangsmåten er særlig nyttig for fremstilling av formede gjenstander hvor fibrene er kontinuerlige i den forstand at de strekker seg langs lengden eller bredden av platen, er fremgangsmåten også nyttig når fibrene foreligger i kortere lengder, f.eks. fibrer med en lengde på minst 3 mm.

Fremgangsmåten kan anvendes på en rekke forskjellige måter, og i noen utførelsesformer kan formingsutstyr av de typer som er beskrevet i GB PS 1 4 61 317 og 1 552 82 6 anvendes. Fremgangsmåten kan f.eks. anvendes på preformede konsoliderte legemer, f.eks. komposittplastplater inneholdende oppå hverandre lagte lag av kontinuerlige, innrettede fibre, eventuelt vevet, slik at en formet gjenstand fås fra en stort sett flat komposittplate ved deformering av platen slik at den har krumning rundt minst én akse i den flate plates plan. Herved kan komposittplaten presses inn i en konkav formdel ved et trykk som virker på metallplaten eller presses over en konveks formdel.

Fremgangsmåten kan også anvendes til dannelse og konsolidering av legemet fra tynne prepreg-plater, mens man samtidig deformerer montasjen av prepreg-plater til en formet gjenstand. De tynne prepreg-plater i denne utførelsesform kan legges opp før konsolideringen ved at der oppå prepreg-platene legges fibre orientert i valgte retninger slik at de forsterkende fibrer skaffer kvasi-isotrop armering i platens plan. Alternativt kan strimler av prepreg legges opp på vevet måte for å skaffe en eller flere vevde plater som skal konsolideres. Egnede prepreg-materialer og fremgangsmåter til fremstilling av slike materialer er beskrevet i Europeisk Patentpublikasjon nr. 56703. Varmherdbare prepreg-materialer, særlig av den bord-lignende type, kan også anvendes.

Videre kan den formede gjenstand som produseres være i form av

en flat plate som produseres ved konsolidering av prepreg-

materialer som beskrevet i den andre utførelsesform av

oppfinnelsen. Alternativt, når det gjelder termoplastprodukter,

kan fremgangsmåten anvendes til å produsere en flat plate som har en forbedret grad av konsolidering og overflatefinish fra en preformet plate som er blitt konsolidert mellom vanlige metallplater som ikke deformeres plastisk ved høy temperatur. Herved blir en plastisk deformerbar metallplate anvendt for å

presse og konsolidere den flate plate mot en stiv plate-

overflate.

I alle disse utførelser bør der anvendes minst én plate av

plastisk deformerbart metall, idet sammenbygningen av kompo-

sittplate og metallplate eller -plater kalles en "sandwich".

For deformasjon av et preformet legeme av armert kompo-

sittmateriale til en formet gjenstand med krumning kan en

enkelt plate av metall presses mot overflaten av det preformede legeme ved passende temperaturer, idet kontakt mellom metall-

platen og legemet opprettholdes ved egnede trykkorganer. Det preformede legeme kan deformeres i en konkav form. Det er mulig å anvende to plastisk deformerbare metallplater, en på hver side av legemet. Når den andre plate er metall, bør den være av et materiale som vil tilpasse seg den form som meddeles legemet ved plastisk deformasjon av metallplaten og bør ha et termisk stabilitetsnivå som er egnet til bruk ved de høye temperaturer som anvendes.

Hvis begge plater er av plastisk deformerbart metall, er det

ikke alltid nødvendig å deformere det sammensatte "sandwich"

mot en konkav formplate og nyttige formede gjenstander i form av en frittblåst kuppel kan oppnås.

Når fremgangsmåten anvendes til fremstilling av en formet

gjenstand som har krumning blir komposittlegemet understøttet av minst én metallplate, slik at buling av fibrene hindres mens fibrene organiseres til den nye form av legemet. Et nøyaktig

formet komposittlegeme kan således fås uten tap av de ønskede mekaniske egenskaper av komposittmaterialet.

Legemet av plastkomposittmateriale kan være en plate med lag av fibre anordnet i planet parallelt med metallplaten. "Sandwich"-konstruksjonen deformeres ved strekking av metallplaten som,

om ønskelig, kan være superplastisk deformerbar ved den deformasjonstemperatur som anvendes. Kantene på komposittlegemet er fortrinnsvis etterlatt frie til å bevege seg i retningen parallelt med platen. Etterhvert som "sandwich"-konstruksjonen deformeres kan fibrene av komposittmaterialet deretter bevege seg for å tilpasse seg den nye form av legemet.

Oppfinnelsen er særlig nyttig til fremstilling av formede gjenstander av ikke-ensartet tykkelse som ville være vanskelige eller umulige å konsolidere eller deformere ved bruk av stive flate plater eller matchende former. Bruken av en plastisk deformerbar metallplate gjør det mulig for platen å tilpasse seg og presses mot den uregelmessige overflate av legemet, idet den andre overflate holdes tilbake av en stiv flat overflate eller en konkav eller konveks formflate.

Formingsmetoden i henhold til oppfinnelsen kan anvendes på et flatt legeme av komposittmateriale, men den kan også anvendes på legemer av komposittmateriale som allerede har en krumning. Når legemet skal dannes til en kompleks form, særlig når den har krumninger om mer enn én akse, kan graden av deformasjon av "sandwich"-konstruksjonen, idet man starter fra en flat konstruksjon, variere betraktelig mellom forskjellige steder på "sandwich"-konstruksjonen. Dersom "sandwich"-konstruksjonen har en egnet krumning opprinnelig, kan variasjoner i deformasjon over dens område reduseres betraktelig.

Formingsmetoden kan anvendes på et enkelt kontinuerlig legeme av komposittmateriale eller på et legeme dannet fra tynne plater av komposittmateriale som er laminert sammen. Den kan også anvendes på et komposittlegeme som opprinnelig er bygget opp av separate stykker av fiber/plast-komposittmateriale. Stykkene kan være skåret og/eller bøyd eller foldet for fremstilling av et legeme av den ønskedé opprinnelige form ved "Origami"-teknikker. Denne fremgangsmåte kan anvendes sammen med en form av passende fasong for dannelse av et komposittlegeme av nær sagt en hvilken som helst form. For eksempel, et rør av komposittmateriale med sirkelformet, elliptisk eller et hvilket som helst annet tverrsnitt kan fremstilles ved anvendelse av bøyde plater av fiber/plast-komposittmateriale som et lag på den indre overflate av en rørformet form, idet den deformerbare plate skaffes som et oppblåsbart gasstett metalldiafragma eler blåseemne (parison) som passer inn i formen innenfor komposittlaget. Ved anvendelse av varme til montasjen som således er dannet, og pneumatisk trykk inne i blåseemnet, ekspanderer det sistnevnte med plastisk deformasjon og presser komposittmaterialet mot innsiden av formen for dannelse av et rør.

Når komposittlegemet utgjøres av mer enn ett stykke, blir stykkene konsolidert sammen under deformasjon.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan også anvendes for å føye til komposittlegemet komponenter som ikke selv deformeres plastisk eller konsolideres under pressing av platen mot legemet. For eksempel kan det være ønskelig å skaffe en overflate av det formede komposittlegeme med oppadragende konsoller eller ribber med flenser som er innleiret i komposittlegemet. Slike komponenter kan anordnes i passende formede utsparinger eller riller i overflaten av en form til hvilken komposittmaterialet føres, og rager inn i komposittlegemet og blir forankret inne i legemet, idet det formede legeme fremstilles. De prekonsoliderte komponenter kan anbringes i utsparinger i formoverflaten, og holdes der ved trykk som utøves av et verktøy, idet det formede legeme dannes.

Under visse omstendigheter kan det være ønskelig å fremstille formede gjenstander av komposittmateriale med kanter av positivt regulert form og stilling. Dette kan være tilfelle f.eks. når komposittmaterialene skal formes til en krum plate med hull med på forhånd fastlagt plassering, størrelse og form. Slik regulering kan utøves ved at overflaten av den deformerbare plate forsynes med oppadragende partier som kommer i berøring med den motstående overflate av den motstående deformerbare plate, eller den motstående overflate av en form mot hvilken komposittmaterialet føres, slik at komposittmaterialet ikke kan komme inn i det område som er avgrenset ved de oppadragende partier under deformasjonsprosessen. I stedet for å skaffe de oppadragende partier på den deformerbare plate kan de skaffes på formoverflaten når ingen deformerbar plate separerer komposittmaterialet fra formoverflaten. De oppadragende partier kan avgrense hull i det formede komposittlegeme eller de kan avgrense en perifer ytre kant av legemet. Når "sandwich"-konstruksjonen har deformerbare plater på begge sider av komposittmaterialet kan det oppadragende parti av en plate strekke seg gjennom et korresponderende hull i den motsatte plate.

Temperaturen hvor "sandwich"-konstruksjonen deformeres avhenger av egenskapene av de plastiske materialer som anvendes. For termoplastmaterialer må temperaturen være tilstrekkelig høy til å tillate termoplastmaterialet å deformeres plastisk, og gi et tilfredsstillende feste av fibrene etter deformeringen. Når det gjelder PEEK kan en deformasjonstemperatur på 340-420°C anvendes. Det kan imidlertid være mulig å deformere "sandwich"-konstruksjonen ved en temperatur på under smeltepunktet av termoplastmaterialet. Med halvkrystallinske termoplastmaterialer, såsom PEEK, er den lavest anvendelige temperatur generelt bestemt av rekrystallisasjonsoppførselen av materia-let.

"Sandwich"-konstruksjonen kan deformeres ved en fluid-trykkforskjell, f.eks. et gasstrykk, anvendelsen av mekanisk trykk eller en kombinasjon av disse metoder. Når en trykkforskjell anvendes på én side av "sandwich"-konstruksjonen som har to metallplater, men ikke på den andre, kan metallplaten som er lengst unna det tilførte trykk være perforert for

å sikre at eventuelle gasser som er innestengt i "sandwich"-konstruksjonen slipper ut.

Alternativt kan rommet mellom de to plater evakueres for fjerning av gasser. Dessuten, dersom vakuumet (et uttrykk som her anvendes for et hvilket som helst redusert trykk lavere enn omgivelsestrykk) mellom de to plater opprettholdes mens "sandwich"-konstruksjonen deformeres, vil dette bibeholde en konsoliderende kraft som fås fra strekkingen av metallplaten. Etter deformasjonen, hva termoplastmaterialet angår, tillates "sandwich"-konstruksjonen å avkjøles, slik at det deformerte komposittlegeme "fikseres" i form. Hva de varmherdende materialer angår vil "sandwich"-konstruksjonen normalt kreve at den holdes på en høy temperatur, etter deformeringsoperasjonen, for å bevirke en fullstendig herding av harpiksen. Anvendelse av det trykk som ble brukt i deformasjonen kan fortsette etter deformasjonen og under minst det første trinn av kjøling eller herding slik at legemet holdes under trykk idet det avkjøles, for å unngå mulig delaminering av komposittlegemet under kjøling.

Kjøling av komposittlegemet etter forming kan finne sted mens legemet fortsatt er i en form eller presse, hvor det er blitt deformert til den ønskede fasong, alternativt kan legemet som fortsatt er i berøring med den deformerbare plate eller plater fjernes fra formen eller pressen mens det fortsatt er varmt slik at det kan avkjøles med større hastighet. Det er da mulig å regulere avkjølingshastigheten av det formede komposittmateriale ved regulering av temperaturen av dets omgivel-ser, og slik regulert avkjøling kan anvendes for å regulere de mekaniske egenskaper av det komposittlegeme som fås. Disse egenskaper kan f.eks. avhenge av de relative mengder krystal-linske og amorfe komponenter i plastmaterialet, og avkjøling ved regulert hastighet kan tillate regulering av disse proporsjoner.

Ved fremstilling av den formede gjenstand kan komposittmaterialet som skal formes også plasseres mellom de to deformerbare plater som føyes sammen ved sine periferier ved en stiv gasstett ramme slik at rammen og platene danner et gasstett lukket rom. Rammen er forsynt med én eller flere åpninger som står i forbindelse med en slange (umbilical) til en vakuumkilde og platene med komposittmateriale mellom seg deformeres i en presse eller form, mens vakuum opprettholdes mellom platene. Etter forming blir den lukkede konstruksjon fjernet fra pressen eller formen, og tillatt å avkjøle mens vakuumet inne i det lukkede rom opprettholdes. Vakuumet utøver da en konsoliderende virkning under både formings- og avkjø-lingstrinnene.

Under deformering av "sandwich"-konstruksjonen er der generelt en viss grad av glidning mellom komposittlegemet og metallplatene, og et smøremiddel kan anvendes på innsiden av plateoverflåtene for å lette glidningen.

Etter avkjøling av "sandwich"-konstruksjonen kan platene fjernes for oppnåelse av den formede gjenstand av fiber/plastkomposittmateriale og før sammenbygning av "sandwich"-konstruk-sjonen kan et frigjøringsmiddel anvendes på de indre plater av metallplatene for å lette fjerning. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan anvendes til fabrikasjon av formede fiber/plast-legemer som er festet på én eller begge sider til metallplater, og i dette tilfelle forblir én eller begge platene festet til legemet etter avkjøling. Et klebemiddel og ikke et frigjøringsmiddel kan da påføres på den egnede metallplate ved sammenbyning av "sandwich"-konstruksjonen for å feste det formede legeme fast til platen.

Plastkomposittmaterialet som skal formes til fasong kan være i direkte berøring med den plastisk deformerbare plate eller plater under deformasjonen, eller det kan separeres derfra med et ytterligere lag av materiale som deformeres sammen med komposittmaterialet og deformerbare plater. Dette ytterligere lag kan bli permanent festet til plastkomposittmaterialet før eller under deformasjonen. Det kan f.eks. omfatte en ufylt polymerfilm for å forbedre overflatefinishen av den formede gjenstand eller for andre formål. Det er også mulig å innlemme en plate eller film av ufylt plastmateriale inne i legemet av komposittmaterialet.

En spesiell fordel ved bruken av oppfinnelsen sammen med varmherdbare materialer er at det eller de deformerbare metallhuder skaffer en forsterkende understøttelse som kan bibeholde formen av det deformerte legeme, selv om det varmherdende materiale ikke er fullstendig herdet. Dette er en spesiell fordel med harpikssystemene med lav viskositet fordi det skaffer en måte til å redusere tiden under hvilken den formede gjenstand må holdes i formen, hvilket forbedrer utnyttelsen av utstyret. Således kan den endelige herding av den formede gjenstand finne sted på en avstivende metallunderstøttelse i en ovn ved en egnet temperatur.

Fremgangsmåter til fremstilling av et formet legeme av fiber/plast-komposittmateriale skal beskrives ved hjelp av eksempler under henvisning til de ledsagende tegninger.

Fig. 1 viser en "sandwich"-konstruksjon omfattende en plate av fiber/termoplast-komposittmateriale mellom to metallplater,

fig. 2 viser skjematisk en fremgangsmåte til deformering av "sandwich"-konstruksjonen på fig. 1,

fig. 3 viser skjematisk en fremgangsmåte til deformering i likhet med den på fig. 2,

fig. 4 og 5 viser skjematisk en annen fremgangsmåte til deformering av platen på fig. 1,

fig. 6 viser en variant av fremgangsmåten på fig. 4 og 5,

fig. 7 viser en gjenstand som kan fås ved bruk av de fremgangsmåter som er beskrevet,

fig. 8 viser skjematisk en fremgangsmåte til fremstilling av en rørformet gjenstand av komposittmateriale,

fig. 9 viser skjematisk en fremgangsmåte til fremstilling av en gjenstand av komposittmateriale med oppadragende komponenter,

fig. 10 og 11 viser skjematisk en annen fremgangsmåte til deformering av en plate av komposittmateriale,

fig. 12 viser nok en fremgangsmåte til forming av en plate av komposittmateriale.

Under henvisning til fig. 1 blir en plate 1 av fiber/- termoplast-komposittmateriale som selges av Imperial Chemical Industries plc under betegnelsen APC-1 og omfattende lag av karbonfiber bundet i en grunnmasse av polyaromatisk polyeter-eterketon lagt mellom plater 2 og 3 av "Supral" superplastisk aluminiumlegering. Platene 2 og 3 strekker seg forbi kantene av platen 1 og et belegg av smøremiddel påføres mellomplate 1 og de indre overflater av platene 2 og 3. Et belegg av klebemiddel eller skillemiddel etter behov påføres også mellom plate 1 og disse indre overflater. Kantene av metallplatene 2 og 3 strekker seg forbi kanten av plate 1, og kantene av den sistnevnte er frie for tvang.

For deformering blir "sandwich"-konstruksjonen bragt i berøring med et formingsverktøy, varmet opp til en temperatur over 340°C og deformert. En type formingsverktøy er vist skjematisk på fig. 2. Ved anvendelse av dette verktøy blir den plane oppvarmede "sandwich"-konstruksjon anbragt på en konkav form 4 og kantene klemt fast ved vanlige klemmeorganer mot kanter 5 på formen. Fluidtrykk, f.eks. lufttrykk, blir deretter anvendt i retningen vist ved pilene, slik at "sandwich"-konstruksjonen deformeres mot formen for å oppta den form som er vist ved kontinuerlige linjer.

Plate 2 som ligger an mot formens overflate kan være gjennom-hullet for å tillate unnslippelse av gasser som foreligger i plate 1 og formen kan være forsynt med luftehull (ikke vist) for å tillate unnslippelse av gasser fra rommet mellom plate 2 og den konvekse formoverflate. Alternativt kan rommet mellom uperforerte plater 2 og 3 evakueres. Lufttrykket opprettholdes til "sandwich"-konstruksjonen er blitt avkjølt tilstrekkelig til å unngå delaminering.

Formen kan ha en rekke forskjellige fasonger for forming av artikler med forskjellig fasong. En fasong av formen, som tillater innadgående (re-entrant) kurver å produseres, er vist på fig. 3. Deformasjon med denne form utføres på samme måte som i formen på fig. 2.

En annen deformeringsmetode er vist skjematisk ved fig. 4 og 5. I dette tilfelle blir "sandwich"-konstruksjonen som er varmet opp til over 34 0°C og spent fast ved sine kanter 6 deformert ved mekanisk kraft anvendt på et "plugg"-verktøy 7, slik at. "sandwich"-konstruksjonen deformeres som vist på fig. 4. Lufttrykk blir deretter anvendt på den motsatte overflate av "sandwich"-konstruksjonen som vist ved pilene på fig. 5, slik at "sandwich"-konstruksjonen deformeres ytterligere og opptar den form som er bestemt ved pluggen. I denne utførelsesform kan metallplaten i berøring med pluggen være perforert for å tillate utslipp av gass. Alternativt kan rommet mellom uperforerte plater 2 og 3 evakueres. Pluggverktøyet forblir på plass og lufttrykket opprettholdes mens "sandwich"-konstruksjonen avkjøles til en temperatur ved hvilken delaminering ikke vil finne sted.

Forut for fremgangsmåten vist på fig. 4 og 5 kan der foreligge et "bobleblåsings"-trinn som vist på fig. 6, hvor lufttrykk først anvendes på overflaten av platen 3 uten at platen 2 ligger an mot noen form, og med kantene av "sandwich"-konstruksjonen klemt fast. Et konveks verktøy kan deretter innføres i den "boble" som dannes som vist på fig. 4 og lufttrykk anvendes på plate 2 som vist på fig. 5. Ved denne fremgangsmåte blir "sandwich"-konstruksjonen deformert helt og holdent av lufttrykk og ingen deformeringskraft behøver anvendes på verktøyet 7. Da lufttrykk anvendes på begge sider av "sandwich"-konstruksjonen bør hverken plate 2 eller 3 være perforert.

Operasjonene beskrevet ovenfor kan utføres ved bruk av formingsutstyr som for tiden er i bruk for deformering av metallplater. I stedet for å anvende fluidtrykk kan "sandwich"-konstruksjon deformeres ved krefter som tilføres ved bruk av faste matriser. Gjenstander med en rekke forskjellige fasonger kan fremstilles innbefattet gjenstander med dobbelt krumning, dvs. krumning om to eller flere akser i planet til den opprinnelige flate plate som går på tvers av hverandre.

De fremgangsmåter som er beskrevet kan anvendes til fremstilling av formede gjenstander av komposittmateriale som er festet til begge eller ingen av sidene av metallplatene som anvendes i deformasjonsprosessen. De fremgangsmåter som er beskrevet kan anvendes til fremstilling av gjenstander fra metallplater som fester seg til legemet av komposittmaterialet eller til bare en del av deres overflater. En slik gjenstand er vist på fig. 7. Denne gjenstand omfatter metallplatene deformert som beskrevet ovenfor med en lapp 10 og remse 11 av komposittmateriale festet til deler av deres indre overflate. Denne gjenstand kan fremstilles ved fremgangsmåtene beskrevet ovenfor ved bruk av en "sandwich"-konstruksjon hvor bare deler av platene 2 og 3 er separert ved platen 1.

Fig. 8 viser en fremgangsmåte til fremstilling av et rørformet legeme av fiber/plast-komposittmateriale. En rørformet form 12 som omfatter et par halvformer klemt sammen ved 13 på kjent måte, settes sammen og stykker av fiber/plast-prepregplater anbringes inne i formen for dannelse av et lag 14 som ligger an mot dens indre flate. Stykkene av prepregplater kan settes sammen ved kjente teknikker, såsom sirkelfletting eller ved bruk av delsirkler. Et oppblåsbart plastisk deformerbart metallblåseemne (metal parison) 15 blir deretter anordnet innenfor laget 14 og montasjen varmes opp til den temperatur som er nødvendig for plastisk deformasjon av blåseemnet og prepreglaget, idet pneumatisk trykk anvendes innenfor blåseemnet for å presse laget 14 mot formens vegg. Når laget 14 er konsolidert til et fast rør blir temperaturen av montasjen senket, blåseemnet tømt for luft og fjernet, og formen åpnet for å tillate frigjøring av røret. Formen 12 kan være sirkelformet, elliptisk eller ha et hvilket som helst annet tverrsnitt avhengig av det ønskede tverrsnitt av kompo-sittrøret.

Fig. 9 viser en fremgangsmåte til innlemmelse av oppadragende komponenter, i dette tilfelle konsoller, i en overflate av komposittlegemet. Konsollene er sammensatt av det samme materiale som komposittlegemet. En form er i tre deler 16, 17 og 18, separert ved åpningene 19 i hvilke de oppadragende armer av konsoller 20 av fiber/plast-komposittplate føres inn. Et lag 21 av fiber/plast-komposittmateriale er avsatt på formens overflate og omgir delene av konsollene som rager over overflaten, og en plate 22 av "Supral"-legering er anordnet i berøring med komposittmaterialet. Ved anvendelse av varme og trykk på legeringsplaten blir komposittmateriallaget 21 deformert og konsolidert, mens deler 16 og 18 av formen presses mot del 17, idet armene 20 av konsollene presses sammen. Ved avlastning av trykket fra platen 21 blir formdelene separert fra hverandre for å frigjøre armene 20 fra formen.

Den fremgangsmåte som er vist på fig. 10 og 11 er den samme som den som er vist på fig. 6. I denne fremgangsmåte er imidlertid platen 3 forsynt med ytre og indre oppadragende partier 31, 32, og platen 2 er forsynt med hull eller hakk 33, 34 motstående de oppadragende partier. De oppadragende partier er dimensjonert slik at de passer inn i hullene eller hakkene når platene 2 og 3 bringes sammen. Som vist på fig. 10 er et lag av fiber/plastkomposittmateriale anordnet mellom platene, slik at ved pressing blir de ytre oppadragende partier 31 anordnet utenfor komposittlaget på en kort avstand, og det indre oppadragende parti 32 avgrenser et hull i komposittplaten. Når deformerings-trykk utøves på platen 2 som vist på fig. 11, kommer platene 2 og 3 sammen og de oppadragende partier på platen 3 entrer hullene i platen 2. Under denne operasjon blir platen 1, som er under sammenpressing, presset mot sidene av de oppadragende partier som følgelig avgrenser kanter av den formede plate av komposittmateriale. De ytre partier 31 avgrenser en ytre kant av platen 1, og det indre parti 31 avgrenser et hull i platen 1.

Ved bruk av denne fremgangsmåte, ved å sørge for passende arrangerte oppadragende partier, kan en plate med et hvilket som helst antall hull av en hvilken som helst ønsket fasong fremstilles, og platen kan ha en hvilken som helst ønsket omkretsform avgrenset ved de ytre partier 31. De ytre oppadragende partier kan danne en kontinuerlig barriere rundt kanten av platen 1 for å avgrense hele omkretsen av platen.

I en fremgangsmåte lignende den på fig. 10 og 11 har platen 3 tilsvarende oppadragende partier, men platen 2 har en kontinuerlig overflate som ikke har noen hull. I dette tilfelle ligger de oppadragende partier an mot overflaten av platen 2 uten å trenge gjennom den, og definerer formen av den formede plate på samme måte som varianten på fig. 10 og 11. Denne variant er anvendelig for "sandwich"-konstruksjoner som omfatter bare én plate, hvor de oppadragende partier på platen 3 slutter an mot overflaten av en form i stedet for platen 2.

Fig. 12 viser en fremgangsmåte til forming av kompositt-gjenstanden hvor komposittmaterialet underkastes et vakuum under'deformasjonen for å fjerne innelukkede gasser. I denne fremgangsmåte blir en "sandwich"-konstruksjon omfattende et komposittlag 1 og plater 2 og 3 satt sammen som på fig. 1, og omgitt av en stiv gasstett ramme 41 som opptar flatene 2 og 3 rundt hele deres omkrets for dannelse av et gasstett innelukket rom. Rammen 41 har minst én åpning 4 2 som er forbundet med enden av et rør 43. Den andre enden av røret 43 er forbundet til en vakuumpumpe av kjent type (ikke vist på tegningen). Etter sammenbygning som vist på fig. 12 blir det lukkede rom evakuert gjennom røret 43, og montasjen varmes opp til deformeringstemperaturen og deformeres ved trykk anvendt på platen 2 mens vakuumet inne i det lukkede rom opprettholdes for å fjerne gasser som foreligger mellom platene 2 og 3. Montasjen kan deretter tillates å avkjøle, vakuumet avlastes og rammen 41 fjernes.

Claims

1. Fremgangsmåte for fremstilling av en formet gjenstand av et plastkomposittmateriale med fibre dispergert i en grunnmasse av et termoformbart materiale, hvor minst én side av et legeme (1) av det nevnte komposittmateriale er i kontakt med en plate av et metall (3), som kan deformeres plastisk ved høy temperatur, karakterisert ved at platen (3) deformeres i retning mot legemet, mens platens kanter sikres for å forhindre deres bevegelse samtidig som legemet (1) holdes fritt for hindringer slik at det kan bevege seg uhindret på platen (3), idet denne holdes på en temperatur hvor den kan deformeres plastisk, mens komposittlegemet holdes ved en temperatur hvor det vil tilpasse seg formen av platen.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at det benyttes en superplastisk metallplate (3).