NO782348L - Sandwich konstruksjon. - Google Patents

Description

Sandwich konstruksjon

Oppfinnelsen vedrører en sandwichkonstruksjon, som har form som et laminat med en kjerne av skumplastmateriale innesluttet mellom et overflatelag av hardt, trykk-,trekk- og slitesterkt materiale.

Sandwichkonstruksjonen anvendes på en rekke konstruksjonstekniske områder, f.eks. til fremstilling av skrog til mindre og større båter, til skotter i disse, til fremstilling av beholdere, såvel lukkede som åpne, og i bilindustrien til fremstilling av laste-plan og vognkasser, f.eks. til kjølevogner, samt i det hele tatt til alle slike formål, hvor materialets letthet, styrke,særlig den store bøyningsstyrken, og isolerende egenskaper er fordel-aktige.

Man kjenner sandwichkonstruksjoner, hvor kjernematerialet består av balsaendetre, dvs. at fiberretningen er i det vesentlige vinkelrett på overflatelagene. Treet er utskåret i små flate klosser, som anbringes kant i kant i konstruksjonen,

idet de midlertidig kan være sammenholdt av pålimde tråder eller vev. Sammensetningen av kjernen av sådanne små kloss-

er muliggjør fremstilling av mer eller mindre buede sandwichkonstruks joner .

Balsatre er imidlertid forholdsvis kostbart,.og tilgangen

på det er begrenset, så det er behov for et billigere og mer tilgjengelig kjernemateriale. Som sådant har det vært an-

vendt forskjellige typer skumplast, hvor man etter oppskumming av plasten i store blokker og etterfølgende herding skjærer blokkene i skiver og eventuelt ytteligere oppdeler disse skiver i små klosser.

1og fremst gjelder dette trykkstyrken, idet denne kan variere 'opp til 50 % over overflaten av en skive skåret av en større blokk. Videre vil overflaten ha tallrike fordypninger fra gjenn-omskårne celler, hvilket dels medfører en reduksjon av trykkstyrken, til dels bevirker ekstra forbruk-av bindemiddel ved materialets innbygning i sandwichkonstruksjonen, idet alle disse fordypninger må fylles med bindemiddel for å få en forsvarlig binding til overflatelagene.

Oppfinnelsens formål er å avhjelpe de nevnte ulemper ved av-vendelse av skumplast som kjernemateriale, og dette oppnås ved den i krav 1. angitte utforming av kjernematerialet.

Det er ytterst overaskende , at ingen tidligere har foreslått anvendelse av et sådant kjernemateriale, i regelen kalt integral-skum, idet dette på mange måter er fordelaktig fremfor de hit-til anvendte, ved oppskjæring av fremstilte klosser.

Integralskummet har således et oppskummet indre omgitt av et hardt og tett overflatelag, og idet de små klosser, som inngår i kjernematerialet støpes og oppskummes samtidig i et stort-antall, men i hver sin form, kan man få klosser med et tett og hardt overflatelag på alle sider, dvs. at klossene hver for seg utgjør en type kåssekonstruksjon med en. god hjørne- og sidestivhet. Foruten å bidra til, at sandwichkonstruksjonen som helhet får

større styrke, medfører de tette og harde overflater, at lokale trykkpåvirkninger fordeles bedre over overflaten og inn i kloss-en,slik at konstruksjonen ikke så lett beskadiges. Vidre med-fører de tette overflater et minimalt bindemiddelforbruk ved oppbygningen av sandwichkonstruks jonen. Endelig" motvirker eller forhindrer de tette overflater fuktansamling i klossene, og selv om enkelte klossers overflate skulle bli beskadiget, så fuktighet kan trekke inn, kan denne, ikke bre seg til de ubeskadigete nabo-klosser.

For å forenkle og lette-. fremstillingen har kjernematerialenhetene ifølge en hensiktsmessig utførelsesform for oppfinnelsens gjenstand form som séks-sidede parallelepipeder. De kan f.eks.

. ha dimensjonene 30 x 30 x 10 mm, hvor sidene er vinkelrette på hverandre. i

'Ifølge en annen utførelses form kan to motstående sider ifølge oppfinnelsen ha form som parallellogrammer, hvorved det oppnås at den enkelte kloss fungerer som en slags skråstiver i sans-wichkonstruksjonen.

Det kan ytteligere være hensiktsmessig, at kjernematerialenhetene ifølge oppfinnelsen er armerte. Dette forøker i vesentlig grad styrken og stivheten, hvilket særlig har betydning ved sandwichkonstruksjoner, hvor tykkelsen er 30 mm eller mer. Sandwichkonstruksjonens robusthet og styrke er nemlig ikke

bare et spørrsmål om, at den kan motstå påvirkninger vinkel-, rett på overflaten, men også om, den kan mottstå påvirkninger parallelt med overflaten, dvs. at kjernematerialet er motstands-dyktig mot slike påvirkninger.

Armeringen kan eksemplvis utgjøres av fibre, særlig glassfibere som inkorporeres i plasten før oppskummingen; men også andre former for armering, såsom papir, vevet stoff eller plastfolie i ark eller strimmelform, kan innebygges ved at den anbringes i formene, i hvilke oppskummingen av plastmaterialet finner sted. Armeringen kan også fortsette over skilleveggene mellom formene og derved tjene til å sammenlåse et antall av enhetene til større flater.

Særlig med henblikk på fremstillingen av større sandwichkonstruksjoner vil det ofte være hensiktsmessig, at kjernematerialenhetene er således sammenlåst eller samlet til et platelignehde produkt på annen måte, f.eks. ved å være fastgjort til en plastfolie, et bærevev eller bæretråder. En slik fa§tgjørelse kan lett gjennomføres i forbindelse med enhetenes fremstilling, og det erholdte produkt er letthåndterlig og kan rulles sammen og transporteres til anvendelsesstedet, hvor man også kan inne-bygge det i så store plater eller flak, som det er praktisk å gjøre.av gangen.Sandwichkonstruksjonene oppbygges nemlig oftest på stedet, idet man først oppbygger det ene overflatelag av plastmaterialet forsterket med fibre eller vev, deretter kleber kjernematerialelaget fast hertil i passende store stykker av gangen og til sist oppbygger det annet overflatelag.

Det er av aller største betydning for sandwichkonstruksjonens- j styrke, at det ikke ved fastklebingen av kjernematerialenhetene, enten dette skjer ved anvendelse av et separat klebemiddel eller simpelten ved nedtrykking av enhetene i et overflatelag, før dette ennå er herdet eller avbundet, ikke innesluttes luft mellom enheter og overflatelag. Ved anvendelse av balsaklosser som kjernemateriale er dette ikke så stort problem, idet balsatreet i noen grad er porøst, hvilket sammen med hårrørsvirkning i for-hold til klebemiddelet bevirker at luften forsvinner, og klebemiddelet trenger inn, slik at klossene nesten suger seg fast.

Ved kjernematerialenheter som her er omhandlet er det ikke de samme muligheter, og når det derfor dreier seg om å oppnå størst mulig styrke, må det særlige foranstaltninger til for å unngå den omtalte inneslutning av luft. Ved en utførelses form for oppfinnelsenes gjenstand oppnås dette ifølge oppfinnelsen. ved, at det er utformet utluftningshuller tvers gjennom laget av kjernematerialenheter.

Man kan således ifølge oppfinnelsen utforme enhetene med et sentralt gjennomgående hull på tvers av enhetenes største be-grensningsflater.

Produksjonsteknisk kan sådanne huller på kjent måte frembringe ved anvendelse av uttrekkelige kjernestifter; men det gjør støpeapparatet temmlig komplisert. Dette kan unngås, ved at man i stedet utformet hullene ved kjernemateriale-enhetenes hjørner, idet enhetene ifølge oppfinnelsen er utført med avfasede hjørner. Derved vil det dannes et gjennomgående hull, hvor hjørnene av fire i firkant liggende enheter støter sammen, enten kun et hjørne eller alle fire hjørner av 'enhetene er avfasede. Om det gjennomgående, hull har sylindrisk eller kantet overflate, er uten betydning for kunksjonen som unnslipningsvei for bak enhetene innsperret luft.

Utformningen av sådanne gjennomgående huller gjør det også mulig å fastgjøre enhetene ved injeksjonsstøpning, idet man simpelten injeserer klebemiddel under trvkk gjennom noen av hullene. Det injeserte klebemiddel presser da eventuelt innesluttet luft foran seg til andre huller eller spalter mellom enhetene, ut gjennom hvilke luften kan unnslippe. Også klebe- jmiddelet vil kunne trenge ut de samme steder, så man får en kon-, troll på klebningens utbredelse og kan avpasse injeksjonssteden-es antall og fordeling heretter.

For å lette klebemiddelets utbredelse på tvers kan enhetene

ytteliger.e ifølge oppfinnelsen ha renneformede fordypninger enten i den ene eller i begge overflater med den største utstrek-ning. Man kan også ved å legge to sådanne enheter sammen oppnå en tykkere kjerne med huller på langs og tvers gjennom kjerne-delen, slik at alle hulrom lettere utfylles til oppnåelse av stor styrke i konstruksjonen. Eventuelt kan utfyllingen under-støttes ved etablering av et våkum.■

Hvis sandwichkonstruksjonen skal være buet, som f.eks. i deler av et båtskrog, kan de enkelte kjernematerialenheters smale sideflater ifølge oppfinnelsen være utformet som henholdsvis konvekse og konkave sylinderflater med samme krumningsradius. Derved oppnås det resultat at enhetene kan utlegges langs en buet flate, uten at det oppstår kileformede spalter mellom naboenhetené, idet en konveks sideflate passer inn og dreier i en konkav sideflate. Kjernekonstruksjonen kan således bli mer kompakt, og klebemiddelforbruket mindre, fordi spaltene ikke ut-vides ved krumningen.

Hver enhet-kan være utformet med to konvekse og to konkave sideflater, eller annen hver enhet kan ha utelukkende konvekse sideflater og annen hver utelukkende konkave.

En utførelsesform for en sandwichkonstruksjon ifølge oppfinnelsen illustreres av medfølgende tegning, hvor

fig. 1 viser konstruksjonen i tverrsnitt,

fig. 2 noen i konstruksjonen inngående kjernematerialenheter fastgjort til et grovmasket vev,

fig. 3 en kjernematerialenhet med to skrå•sideflater, fig. 4 en kjernematerialenhet med to konvekse og to

konkave sideflater,

fig. 5 en spesiel utformning av en kjernematerialenhet, og

fig. 6 en buet. sandwichkonstruks jon.

Som det fremgår av tegningen, består sandwichkonstruksjonen av j et kjernemateriale sammensatt av små, parallellepipediske enheter 5 og 6 av et oppskummet plastmateriale, f.eks. polyure-than av den såkalte integral-skinn type hvor.den oppskummede plast har en fastheftende, hard og tett overflate på alle sider. Fremstillingen av et plastskum av denne art hører til kjent tek-nikk og skal derfor ikke beskrives her.

Kjernematerialeenhetene støter sammen kant i kant i en platelignende struktur og har på begge sider et overflatelag 7 og 8, som kan være likt eller forskjellig på de to sider.

Overflatelagene kan være prefabrikerte plater av et hvilket som helst egnet materiale, f.eks. metal, plast eller kryssfiner,. som ved hjelp av et egnet bindemiddellag 9 er klebet til kjerne-materialeirhetene.

Overflatelagene kan også være frembrakt ved direkte sprøytning av selvherdende plastmateriale, som om ønsket kan være armert med fibre 10, f.eks. glassullfibre, mot en formflate,,og kjernematerialeenhetene kan nedlegges i materialet, innen dette er av-herdet. Kjernematerialeenhetene kan også være armerte, f.eks. fiberarmerte, som antydet i enheten 6.

Sandwichkonstruks jonens oppbyggning lettes i høy grad ved at

de små kjernematerialenheter 5 (eller 6) er fastgjort til et bæremateriale, f.eks. som vist i fig. 2 et grovmasket, vevet materiale 11. Derved kan et stort antall kjernematerialeenheter bringes på plass på en gang,også transport og oppbevaring av enhetene lettes, idet vevet med de dertil fastgjorte enheter lett kan rulles eller foldes sammen.

Fastgjørelsen kan f.eks. skje ved klebing av enhetene til vevet, og ved passende valg av klebemiddelet kan forbindelsen til vevet gjøres midlertidig, dvs., at vevet er bestemt til avrivning, etter at kjernematerialeenhetene er permanent fastgjort til det éne av overflatelagene 7 og 8 i sandwichkonstruksjonene, eller

vevet kan inngå som et armeringselement i denne.

Som vist i fig. 3 kan enhetene også utformes somparallelle-

Jpipeder, som på det ene ledd ikke er rettvinklet. Derved kan i oppnås en art skråstivereffekt i sandwichkonstruksjonen, og at fugene mellom de enkelte enheter ikke åpner seg så meget i krumme sandwichkonstruksjoner, idet det i stedet skjer en for-skyvning mellom naboenheter.

Som vist i fig. 4 kan en enhet også være utformet, så den ene av to motstående sideflater danner en konkav sylinderflate 12 og den andre én tilsvarende konveks sylinderflate 13, hvorved enhetene kan ligge tett mot.hverandre også i buede konstruksjoner. Det er styrkemessig fordelaktig, idet sandwichkonstruksjonen derved blir mere kompakt, og samtidig spares det klebemiddel, da spaltene mellom enhetene ikke åpner seg ved opplegning etter en buet flate.

En annen utformning av én enhet er vist i fig. 5. Her er hjørn-ene 14 på enheten 5 avfaset sylindrisk, således at, når fire enheter legges sammen i firkant, dannes det et gjennomgående hull.

Fig. 5 illustrerer likeledes, at det også kan være et sentralt hull 15 tvers gjennom enheten -5, og renneformede fordypninger 16 fra hullet 15 ut til kantene.

Sådanne enheter muliggjør, at fastklebingen av enhetene kan skje

.ved injeksjon av klebemiddelet, f.eks. et klebemiddel i form

av eller basert på en polyester eller en epoksyforbindelse. Klebemiddelet injeseres da gjennom noen av de tverrgående hull og driver luften på klebestédene foran seg frem til og ut gjennom andre hull, så det sikrer intim forbindelse mellom kjernematerialeenheter og overflatelag i sandwichkonstruksjonen, hvorved det oppnås optimal styrke av denne. Det kan også etableres et våkum, som fremmer fjerning av luftlommer bak kjernematerialeenhetene under klebemiddelinjeseringen.

De tverrgående renneformede fordypninger 16 kan tjene til å lette klebemiddelfordelingen, og til å understøtte sammen-klebningen, ved at flere kjernematerialeenheter plasseres- opp på hverandre.

jNår således to enheter legges med flatene med de renneformede fordypninger 16 mot hverandre, fås en tykkere enhet med for-delingskanaler, som er parallelle med sandwichkonstruksjonens lengdeutstrekning og kan tjene til injesering av klebemiddel.

Fig. 6 illustrerer oppbygningen av en buet sandwichkonstruksjon ved hjelp av kjernematerialeenheter 5 (eller 6). Det er her anvendt enheter i form av rektangulære parallellepipeder med sentralt utluftnings- eller injeseringshull 15, idet den buede utlegning skaper større luftmellomrom under og mellom enhetene, slik at det er betydningsfult, at det. er mulighet for utluftning, eventuelt understøttet med sugning (evakuering).

Claims (8)

1. Sandwichkonstruksjon av den art, som har form som et laminat med en kjerne av' skumplatmateriale innesluttet mellom overflatelaget . av hardt slitesterkt materiale, karakterisert ved . at kjernematerialet består av små enheter av en skumplast omsluttet av en fuktighets — tett hud av plastmateriale, idet to motstående sider av den enkelte enhet danner planparalle-lle flater, og enhetene for øvrig er utformet, så de er plassert kant i kant og danner i det vesentlige ubrudt flate, og at det i den enkelte enhet om ønsket er inkorporert en styrkegivende fiberarmering.

2. Sandwichkonstruksjon ifølge krav 1, karakterisert ved at kjernematerialenhetene er sekssidede parallellepipeder .

3. Sandwichkonstruksjon ifølge krav 1, karakterisert ved at to motstående sider av kjernematerialenhetene har form som parallellogrammer, mens de øvrige sider er rektangulære. I.

4. Sandwichkonstruksjon ifølge kravene 1-3, j karakterisert ved at materialenhetene er armerte.

5. Sandwichkonstruksjon ifølge kravene-1 - 4, karakterisert ved at kjernematerialenhetene er samlet til et platelignende produkt ved å være fastgjort til en plastfolie, papir i form av ark eller strimler, et bærevev eller bæretråder.

6. Sandwichkonstruksjon ifølge krav 1, 4 eller 5, karakterisert ved at kjernematerialeenhetene er utført med konvekse eller konkave sideflater eller hver enhet med to konvekse og to konkave sideflater.

7. Sandwichkonstruksjon ifølge kravene 1-6, karakterisert vedat kjernematerialenhetene har avfasede hjørner til dannelse av utluftningshuller gjennom kjerne-materiallaget, eller hver et- sentralt plasert lufthull eller begge deler.

8. Sandwichkonstruksjon ifølge krav 7, karakterisert ved at det i den ene eller begge de flater av en kjernematerialeenhet, som skal ' forbindes med overflatelag eller andre lag i sandwichkonstruksjonen, er utformet renneformede fordypninger.