NO972438L - Plastkomponent, samt fremgangsmåte for dens fremstilling - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse har befatning med fremstilling av profiltrukne plastkomponenter. Nærmere bestemt vedrører imidlertid oppfinnelsen teknologi hvormed profiltrukne plastkomponenter tilvirkes for bruk i vindus- og dørkonstruk-sjoner og i andre tilfeller hvor komponenten påvirkes i sitt bruksmiljø av solskinn, vær og andre skadelige elementer. Oppfinnelsens spesielle formål er fremstillin-gen av en fiberarmert plastkomponent med et påført belegg som er værbestandig, ultrafiolettbestandig, varig og dekorativt.

Akryler og fluorpolymerer har lenge vært betraktet som de to mest ultrafio-lettbestandige plastfamilier. Begge plastmaterialer viser temmelig alvorlige mangler hvis de skal anvendes som et tynt og værbestandig belegg. Fluorpolymerer er kostbare i fremstilling. Fysisk er de myke, hvilket i de fleste tilfeller gjør dem vans-kelige og kostbare å benytte som værbestandige utendørsbelegg.

Akryler er derimot relativt billige. Fysisk er de harde og sprø.

Både fluorpolymerer og akryler har vært brukt i løsningsbaserte malings-systemer, hvor de hovedsakelig danner pigmenterte småplater som sammen-holdes av noe mer egnede hovedkjedeharpikser, såsom uretaner, latexer, alkyder, etc. Mens fluorpolymeret og akrylsmåplatene, gjelder dette ikke for bære- eller hovedkjedeharpiksen i de løsningsmiddel- eller vannbaserte beleggsystemer (maling) som derfor er den begrensende faktor for levetiden av disse belegg.

Disse systemer gjør dessuten utstrakt bruk av flyktige organiske forbindelser som er klassifisert som miljøforurensende og er kostbar å bli kvitt. Det er også velkjent at akrylmaterialers værbestandig het øker med økende akrylmolekylvekt. Smeltens flytemengde (strømning i et gitt tidsrom ved gitt temperatur og trykk) avtar med økende molekylvekt. Jo lettere akrylmaterialet håndteres (høy smelt-flyt) dessto mindre er det egnet for værbestandighet samtidig som materialets sprøhet økes. Med henblikk på værbestandighet har derfor termoplastisk akryl vanligvis vært anvendt i form av tykke plater av pleksiglass med en høy molekylvekt, f.eks. polymetylmetakrylat (PMMA) (dvs. pleksiglass i form av en kalandervalset film av tykkelse 0,05-0,25 mm). Normalt er disse kalandervalsede filmer av mindre sprøhet mer letthåndterlige, men meget mindre værbestandige som støtte-filmer, f.eks. av vinyl. PMMA av høy molekylvekt kan eksempelvis presses mellom kalandervalser sammen med vinyl ved slike temperaturer og trykk at det dan-nes en inngående forbindelse mellom to filmlag av 0,2 mm tykkelse (0,1 mm PMMA og 0,1 vinyl). For det første er PMMA så tykk, kostbart og vanskelig å anpasse til et substrat (prosessuendelig) og det er derfor vanligvis ikke anvendt som værbestandig belegg. For det andre vil kostnaden for kalandervalsing av selve akryl-vinylfilmen og kostnaden for bruken av maskineri medføre at, selv om materialet er meget mer prosessvennlig, er det vanligvis bare egnet for anvendelse ved et høyverdig spesialprodukt, grunnet den høye pris pr. flateenhet, jevnført med andre beleggingssystemer. Det er derfor ønskelig å kunne sammenføre, i en praktisk fremstillingsprosess, et belegg av en termoplastisk akrylforbindelse, kjemisk bundet til et fiberarmert plastsubstrat.

Forskjellige, industrielt fremstilte komponenter utsettes for elementene under bruk. Av slike elementer kan nevnes regn, snø, vind, ekstreme temperaturer, ultrafiolett stråling og kjemiske forurensninger. Dessuten kan slike komponenter fra tid til annen utsettes for støt av ulike typer.

Som typisk komponent av denne art kan nevnes en vindusramme eller en dørramme. Slike innretninger er vanligvis fremstilt av trevirke, vinyl eller metall. For å gjøre dem mer holdbare og for å avhjelpe noen av de begrensninger som skyldes de ovennevnte elementer, er det utviklet belegg av forskjellige typer, og det er angitt metoder for påføring av slike belegg.

En første metode for fremstilling av et produkt er kjent som koekstrudering. Ved denne prosess ekstruderes et termoplastmateriale, f.eks. vinyl, gjennom en formingsdyse, for frembringelse av en profil. En "capstock" med flere kostbare pigmenter, ultrafiolett-absorberere eller-blokkere, større varmemotstand, etc, koekstruderes vanligvis samtidig til flater som vil kreve større beskyttelse eller behov for en dekorativ farge. En slik "capstock" er av et lignende eller et forenelig termoplastmateriale.

En andre prosess er kjent som filmpåvikling. I denne prosess blir en grunn-profil, f.eks. en termoplastisk vinylekstrudering eller varmeherdet profiltrekning, omviklet med en fast, ikke-smeltet termoplastfilm. Den faste film består vanligvis av et kalandervalset sjikt av to eller flere plastmaterialer (f.eks. akryl og vinyl) og inneholder det nødvendige pigment, ultrafiolett-absorberere eller -blokkere, etc. Denne faste film tjener derved for beskyttelse eller dekorasjon av grunnprofilen. I denne prosess festes den faste film på plass ved hjelp av smeltelim eller løsnings-middelbasert lim.

En tredje kjent prosess er krysshodeekstrusjons-belegging eller -innkaps-ling. I denne prosess blir en profil, f.eks. av formet trevirke, ført gjennom en støpeform som generelt overensstemmer med profilens fasong. Et termoplastmateriale i flytbar tilstand tilføres støpeformen. Typisk for denne prosess er at innkapslingsmaterialet ikke nødvendigvis skal vedhefte til profilen, på grunn av forskjellene i varmeutvidelseskoeffisienter. Grunnet denne forskjell i varmeutvidelseskoeffisienter er det i realiteten gunstigere at innkapslingsmaterialet ikke vedhefter til profilen.

Ingen av disse metoder kan imidlertid avhjelpe de ovennevnte begrensninger. I visse tilfeller har prosessen vist seg å være tungvint, i andre tilfeller har sluttproduktet ikke vist seg å være tilstrekkelig holdbart og motstandsdyktig mot ultrafiolett stråling, etc. Av andre ulemper kan nevnes kostnads- og tidsbegrens-ninger.

Oppfinnelsens formål er å avhjelpe disse mangler og begrensninger ved den kjente teknikk. I dette øyemed er det tilveiebragt en fremgangsmåte for tilvirking av en armert plastkomponent (f.eks. i dør- og vindusrammer) som vil elimi-nere mange av ulempene ved den kjente teknikk, og et produkt som er frembragt ved anvendelse av fremgangsmåten.

Oppfinnelsen omfatter en plastkomponent. I komponenten inngår et substrat som er fremstilt av fiberarmert herdeplast. Substratet er dyse-fremstilt, og en film av akrylmasse er bundet direkte til substratet. Denne sammenbinding gjen-nomføres innen substratet er fullstendig herdnet.

I én versjon av oppfinnelsen innbefatter substratet en kjerne av rette fibre. Komponenten av denne utførelsesform kan videre innbefatte en fibermatte som påføres på én side eller på begge sider av den rettlinjede fiberkjerne. Matten(e) og fiberkjemen fuktes med en harpiksblanding. I den foretrukne versjon er et harpiksanriket topplag avsatt på overflaten i kontakt med varmestøpedysen.

I den foretrukne versjon er substratet fremstilt i en profiltrekkingsprosess. Fibrene som er fuktet med en harpiksblanding, profiltrekkes gjennom en oppvar-met dyse. Det delvis herdnede substrat behandles deretter for danning av radikaler på de flater som skal belegges.

Det kan også anvendes en andre krysshodeekstrusjonsdyse. En slik dyse kan benyttes i prosessen for å påføre den smeltede akrylmasse på substratet, for

opprettelse av et tynt og værbestandig beskyttelsessjikt eller -belegg.

Ifølge oppfinnelsen er det sammensatt et substrat som, grunnet sin tilnær-melsesvis ideelle varmeutvidelseskoeffisient, (3,4 x 10-6 in/in/grader F), lave varmeledingsevne, korrosjonsbestandighet og strukturelle egenskaper (høyt styr-ke-vektforhold, stor stivhet og det faktum at det ikke vil svelle under fuktighetspå-virkning), og på grunn av dets lettvinte og regningssvarende fremstillingsprosess, gjør det ytterst velegnet for værbestandighet hos utendørskonstruksjoner (såsom vindus- og dørrammer) med det nærmest ideelle, værbestandige utendørsbelegg (termoplastiske akrylmasser av høy molekylvekt) for beskyttelse av profiltrekkin-gens harpikssystem. Ifølge oppfinnelsen kan dette foregå ved redusert bruk av belegningsmateriale ved at bare værutsatte flater belegges og belegget påføres på linje under profiltrekkings-fremstillingsprosessen, uten anvendelse av lim, bindelag eller annen ekstrahåndtering og uten øket kostnad for fjerning av skvettflekker eller flyktige, organiske forbindelser i belegget. Ved binding av akrylmassebelegget til et stort sett stivt, fiberarmert herdeplastsubstrat vil oppfinnelsen dessuten avhjelpe de problemer som vanligvis forårsakes av akrylmaterialenes iboende sprøhet ved anvendelse som tynne belegg.

Videre omfatter oppfinnelsen en fremgangsmåte for fremstilling av en

armert plastkomponent som tidligere beskrevet. I fremgangsmåten inngår et førs-te prosesstrinn for tilvirking av et substrat ved profiltrekking av fibermateriale gjennom en første dyse. Innen det profiltrekkes gjennom dysen, fuktes fibermaterialet med en harpiksblanding, enten i et bad eller ved inngangen til profiltrekkingsdysen. Etter at det er formet og delvis herdnet, blir substratet overflatebehandlet og påført en akrylmasse for opprettelse av et tynt og beskyttende dekorativt belegg på substratet. Belegget overføres direkte til det behandlede og delvis herdnede substrat, ved at substratet føres gjennom en beleggings-krysshodedyse. Samtidig herdner substratet og akrylmasse-beleggsjiktet får forbindes kjemisk direkte med substratet.

Ved utøving av fremgangsmåten på en foretrukket måte, innbefatter fibermaterialet både lineære og flerrettede fibre. Om ønskelig kan det akrylmassebelagte substratet til sist kappes i lengder.

Ifølge oppfinnelsen er det således tilveiebragt en fremgangsmåte for tilvirking av en fiberarmert plastkomponent, og en fiberarmert plastkomponent som er fremstilt på denne måte. Mer spesielle særtrekk og fortrinn ved oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende detaljerte beskrivelse, de etterfølgende krav og de medfølgende tegninger, hvori: Figur 1 viser et forenklet lengderetnings-sideriss av en produksjonslinje for utøving av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Figur 2 viser et meget forstørret delsnitt, langs linjen 2-2 i figur 1, hvor visse deler er illustrert med brutte linjer.

Figur 3 viser et delsnitt langs linjen 3-3 i figur 2.

Det henvises til tegningene, hvori like elementer er betegnet med samme henvisningstall i flere figurer. Figur 1 viser en produksjonslinje 10 som anvendes for utøving av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. I noen henseender er produksjonslinjen 10 typisk for profiltrekkingslinjer av kjent type. Tilførte fibre 12 innføres således i en kardeplate eller preformer 14. Som i kjente prosesser, kan fibrene være både rettlinjet og danne matter av forskjellige rettede eller orienterte fibre. Videre kan det være anordnet flere trekkerenheter 16 og 18 nær utgangs-enden av produksjonslinjen 10. På dette prosesstadium er fibrene allerede belagt med ulike midler i overensstemmelse med oppfinnelsen (som beskrevet i det etter-følgende), men de innføres i kleminnretninger 20 og 22, for at stykkene skal bear-beides for å trekkes gjennom de forskjellige stasjoner.

Klemihnretningene 20 og 22 er vist montert på frem- og tilbakebevegelige, endeløse belter 24 og 26, slik at når en klemme på én av trekkerenhetene utøver trykk mot materialet 28 som fremtrekkes gjennom de forskjellige produksjonstrinn, nærmer seg en høyrespindel 30 eller 32 (figur 1) hvorover det endeløse belte 24 eller 26 med den respektive påmonterte klemme 20 eller 22 passerer, kan trykket som utøves av klemmen 20 eller 22 mot arbeidsstykket 28 som trekkes gjennom stasjonene, avlastes, og klemmen 20 eller 22 kan føres mot venstre (ifølge figur 1) til en posisjon nær den venstre spindel 34 eller 36 hvorover beltet 24 eller 26 med klemmen 20 eller 22 passerer. Deretter kan arbeidsstykket 28 atter bringes under trykk og den respektive trekkerenhet 16 eller 18 kan gjenoppta fremstrekkingen.

Det påpekes at trekkerenhetene 16 og 18 drives synkront. Dette innebæ-rer, at når trykket som utøves av klemmen på den ene trekkerenhet avlastes, slik at klemmen kan føres tilbake mot venstre, vil klemmen på den annen trekkerenhet opprettholde trekkvirkningen, slik at profiltrekkingsprosessen ikke avbrytes.

Figur 1 viser en første dyse 38 hvorigjennom fibrene trekkes etter å ha pas-sert gjennom kardeplaten eller preformeren 14. Gjennom en tilførselsledning 40 ledes harpiksblanding til dysen 38 ved hjelp av en fødemekanisme 42. Ved oppfinnelsen er det tatt i betraktning at forskjellige harpiksblandinger kan fremføres til profiltrekkingsdysen 38. I overensstemmelse med oppfinnelsen er det fremførte medium et produkt av herdeplasttype. Det velges et medium som først vil herdne fullstendig etter at et belegg av et annet medium er påført, som beskrevet i det etterfølgende.

Behandling av flater som skal belegges, foretas for dannelse av frie radikaler (forbindelsespunktet) på den delvis herdnede substratoverflate. Ved å plasseres i nær kontakt med den smeltede akrylmasse, vil de frie radikaler på substrat-overflaten forbindes kjemisk med tilgjengelige punkter i akrylmassebelegget. Behandling kan foretas med en flamme, gjennom coronautlading, supresjonsgnist eller helst, ved bruk av plasma.

Relativt nær profiltrekkingsdysen 38 langs produksjonslinjen 10 og i arbeidsstykkets bevegelsesretning gjennom linjen, er det anordnet en krysshodeekstrusjonsdyse 48. Mens det behandlede, fiberarmerte herdeplastarbeidsstykke 28 trekkes gjennom krysshodeekstrusjonsdysen 48, fremføres en smeltet akryl-blanding gjennom en tilførselsledning 50 til ekstrusjonsdysen 48 ved hjelp av en ekstruderer-fødemekanisme 52. I ekstrusjonsdysen 48 blir den smeltede akrylmassen overført direkte på den fiberarmerte, varmeherdnende harpiksmatrise. Akrylmassebelegget påføres slik at det danner en tynn film. Akrylbelegget kan typisk ha en tykkelse av ca. 0,1 mm.

Den termoplastiske akryl er av en sammensetning med mange av de egenskaper som er nødvendig for å øke holdbarheten av produktet som fremstilles. Det kan f.eks. være ønskelig at delen, i mange versjoner, skal være ultrafiolettbestandig. Akrylmassen sammensettes derfor med ultrafiolette blokkere eller svekkere med henblikk på dette formål. Fargestoffer tilsettes også. Akrylmassen har også egenskaper som gjør den stort sett upåvirkelig av elementene vind, regn og snø.

Et typisk anvendelsesområde for det fremstilte produkt er rammen for et vindu eller en dør. Substratet vil derfor utformes i profiltrekkingsdysen 38 til øns-ket fasong. Det er fordelaktig at bare visse flater belegges med akrylmassen. Grunnen til dette er at fordi bare visse flater av profilen utsettes for elementene, kan det oppnås kostnadsbesparelse ved å redusere beleggets utstrekning. Føl-gelig vil bare de flater som utsettes for elementene, belegges med akrylmassen i krysshodeekstrusjonsdysen.

Etter at akrylmassen er påført, vil den derved dannede film i ethvert tilfelle forbindes direkte med substratet som er utformet i profiltrekkingsdysen 38. Under og kort etter påføringen av akrylmassen vil herdningen av termoplastmediet fort-sette hvorved akrylmassen sammenbindes med det fiberarmerte, varmeherdede plastsubstrat. Herdninger fortsetter helt til en sone hvori en igangværende kapp-sag 54 om ønskelig kan anvendes for kapping av arbeidsstykket 28 i ønskede lengder. De tilkappede lengder kan plasseres på en transportør 56 for fremføring til passende sted. Figur 2 og 3 viser snitt av en side av eksempelvis en vindusramme som er tilvirket i overensstemmelse med fremgangsmåten ved anvendelse av den tidligere beskrevne produksjonslinje 10. Figurene viser et substrat med en kjerne av rette fibre 60. På hver av de motsatte sider av kjernen 58 er det i sin tur påført en matte 62 av fibre 64. Hver av disse komponenter fremføres fra fibersamlingen 12 til kardeplaten (preformeren 14), for plassering av de ulike fibre i riktig retning, innen de innføres i profiltrekkingsdysen 38. Forut for innføringen i eller ved inngangen av dysen 38, vetes kjernen 58 og mattene 62 med en herdeplast. Figur 2 og 3 viser et harpiksanriket lag 66 som danner substratyttersiden. Figur 2 og 3 viser også et tynt filmsjikt 68 på oversiden av det harpiksan-rikede lag 66 på substratet. I disse spesielle figurer er akrylbelegget 68 vist påført på oversiden. Dette akrylbelegg 68 er selvsagt påført av krysshodeekstrusjonsdysen 48.

Det bør bemerkes at substrater av ulike former kan fremstilles ved bruk av fremgangsmåten. Formen og størrelsen av produktet bestemmes av profiltrek-kingsdysens munningsform og -dimensjon.

Det påpekes at denne beskrivelse i mange henseender bare er illustreren-de. Innenfor oppfinnelsens ramme kan det foretas endringer i detaljer, spesielt vedrørende form, størrelse, material og plassering av deler. Oppfinnelsens ramme er derfor definert i de etterfølgende krav.

Claims (9)

1. Plastkomponent, karakterisert ved at den omfatter: (a) et dyseutformet, fiberarmert herdeplastsubstrat, og (b) et termoplastmassebelegg som er forbundet direkte med substratet innen herdningen av dette er fullført.

2. Komponent i samsvar med krav 1, karakterisert ved attermo-plastmassebelegget består av akryl.

3. Komponent i samsvar med krav 2, karakterisert ved at substratet inneholder en kjerne av rette fibre.

4. Komponent i samsvar med krav 3, karakterisert ved at substratet videre innbefatter en fibermatte som er påført på minst én av de motsatte sider av kjernen av rette fibre, og at fiberkjernen og ihvertfall den ene matte er fuktet med en harpiks.

5. Komponent i samsvar med krav 4, karakterisert ved at substratet er tilvirket ved anvendelse av en profiltrekkingsprosess.

6. Komponent i samsvar med krav 2, karakterisert ved at akrylmassebelegget påføres substratet ved anvendelse av en krysshodeekstrusjons-prosess.

7. Fremgangsmåte for tilvirking av en plastkomponent, karakterisert ved at den omfatter følgende trinn: (a) utforming av et substrat ved profiltrekking, gjennom en første dyse, av fibermateriale som er fuktet i et harpiksbad, (b) behandling av substratytterflatene, for dannelse av frie radikaler, (c) påføring av en akrylmasse på substratets behandlede ytterflater, for opprettelse av et direkte ovenpåliggende belegg, ved fremføring av substratet gjennom en krysshodeekstrusjonsdyse, og (d) herdning av substratet for direkte sammenbinding med akrylmassebelegget.

8. Fremgangsmåte i samsvar med krav 7, karakterisert ved at trinnet for utforming av substratet innbefatter profiltrekking av såvel lineære som flerrettede fibre.

9. Fremgangsmåte i samsvar med krav 7, karakterisert ved at den omfatter et trinn for kapping i lengder av det akrylmassebelagte substrat.