PL118321B1 - Method of manufacture of products from thermosetting resin - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania produktów z zywicy termoutwardzalnej, korzystnie pro¬ duktów z poliestru wzmacnianego wlóknem szklanym.Jednym z problemów nieodlacznie zwiazanych z procesem natryskiwania pod cisnieniem atmosferycznym jest dostawanie sie do laminatu znacznych ilosci powietrza. Homogenizacja laminatu wymaga dlugotrwalych i wykonywanych recznie operacji.Pomimo wykonania tych operacji, w laminatach wytwarzanych dotychczasowymi sposobami czesc powie¬ trza pozostaje, co powoduje penetraqe do laminatu wilgoci i pogorszenie jego wlasciwosci chemicznych i mecha¬ nicznych.Powyzsze w znacznej mierze dotyczy tzw. powlekania zelowego, w którym równiez jest wazne, by warstwa zewnetrzna nie zawierala powietrza i nie byla porowata, co zapobiega wyzej wspomnianej penetracji wilgoci i degradacji.Jeden z dotychczas stosowanych sposobów homogenizowania, obejmujacy walcowanie w celu wycisniecia z laminatu powietrza, jest bardzo czasochlonny i nieskuteczny.Otrzymywane produkty sa nierówne i malo konkurencyjne w stosunku do produktów z drewna i metalu.W znanym sposobie obróbki laminatu za pomoca walca metalowego, w celu homogenizacji, wlókno szklane jest wystawione na dzialanie naprezen mechanicznych, które zginaja je lub lamia, co prowadzi do zmniejszenia wytrzymalosci mechanicznej gotowego laminatu. Ponadto wystepuje wyrazna tendencja poddanego silnemu i intensywnemu walcowaniu wlókna do przemieszczania sie do nizszych warstw laminatu, ze znacznym wzboga¬ ceniem w poliester warstwy górnej, stanowiacej okolo 20 do 25% calkowitej grubosci laminatu. Zjawisko tojest niepozadane, poniewaz pogarsza wlasciwosci mechaniczne warstwy powierzchniowej.Daznosc do ograniczania czasochlonnych operacji walcowania powoduje znaczne zaniedbania w operacjach przemyslowych. Przykladowo, w wielu przypadkach wjednej operacji walcowania naklada sie warstwe grubosci 3-4 mm (wielkoscia zalecana jest 1—2 mm).W dotychczas stosowanych sposobach, z powodu oporu powietrza i recyrkulacji powietrza z formy, wlókna szklane latwo zajmuja poprzeczna pozycje i zaczynaja wystawac ponad powierzchnie laminatu. Wyni-1 118 321 kiem powyzszego jest wzrost efektu laminowania czesciowego, z obnizeniem wytrzymalosci na rozciaganie i zgi¬ nanie. Problem ten jest trudny do rozwiazania przy stosowaniu dotychczasowych metod operacyjnych.Z powodu wyzej opisanego zjawiska dotyczacego recyrkulacji powietrza, nie jest mozliwe natryskiwanie dotychczasowymi, konwencjonalnymi sposobami przedmiotów o zlozonym ksztalcie, jak zwezenia i struktury stepki, zarówno w przypadku powlekania zelem jak i ukladu wlókno szklane/poliester. W takich przypadkach powloka zelowa i laminowanie musza byc wykonywane recznie. Oznacza to wieksza czasochlonnosc i zwiekszo¬ ne koszty.Jeden ze znanych sposobów tego rodzaju podaje opis patentowy St. Zjedn. Am. 3 258 379, w którym trzymane pod naprezeniem, przeprowadzane przez kapiel z cieklego tworzywa sztucznego wlókna szklane w tak zwanym sposobie zwijania wlókien nawija sie na trzpjen nawojowy, który wyznacza postac wyrobu, nawiniety wyrób w korzystnym wariancie sposobu razem z trzpieniem nawojowym zanurza sie do bebna (walczaka) wypel¬ nionego cieklym tworzywem sztucznym. Nastepnie wystepujace w czasie nawijania zmniejszone cisnienie zostaje dopelnione i zastapione nadcisnieniem. Po zlikwidowaniu tego nadcisnienia wyjmuje sie trzpien nawojowy z bebna, pozostawia do odciekniecia, po czym suszy w piecu. Przy tym nasycaniu cisnieniowym nawinietego produktu ciekle tworzywo sztuczne powinno wnikac w byc moze wystepujace rowki nawojowe i pory. Do tego, przy wyciaganiu z bebna jeszcze „wilgotnego" wyrobu znajdujacego sie na trzpieniu nawojowym na zewnetrznej powierzchni wyrobu moga osiadac pecherze powietrza, na skutek czego nastepuje nie tylko uszkodzenie powierz¬ chni, ale takze zmniejszenie wytrzymalosci. Poza tym wystepuje przez to w niepozadany sposób zmiana zabar¬ wienia powierzchni.Z drugiej strony, na przyklad z publikacji „Kunststoffbe^ater,, 11/1969, strony 906 i 907, wiadomo, ze przez zmniejszenie zawartosci pecherzy powietrza mozna poprawic wewnatrzlaminarna wytrzymalosc na scianie oraz wlasciwosci elektryczne, np. wytrzymalosc na przebicie.Jednak opisany wczesniej schematycznie w powyzszej publikacji sposób równiez nie nadaje sie do zapobie¬ gania powstawaniu albo do usuwania wtracen powietrza w tworzywie sztucznym wzmocnionym wlóknem szkla¬ nym, przed utwardzeniem.W opisie patentowym St. Zjedn. Am. nr 3 736 086 przedstawiono urzadzenie do wytwarzania wstepnych form z wlókna, nadajace sie jednak tylko do stosowania do ksztaltów cylindrycznych. W tym przypadku sila wywierana przez wlókna powoduje efekt homogenizacji.W sposobie tym stosuje sie natryskiwanie utwardzalnej zywicy na zewnetrzna strone formy, jednakze ani natryskiwanie ani utwardzanie nie jest prowadzone pod zmniejszonym cisnieniem.W przeciwienstwie do powyzszego sposobu sposobem wedlug wynalazku caly proces, z natryskiwaniem zywicy wlacznie, prowadzi sie pod zmniejszonym cisnieniem.Podobnie opis patentowy St. Zjedn. Am. nr 1 380 027 dotyczy wytwarzania wstepnych form z wlókna szklanego, który nastepnie impregnuje sie poliestrem i utwardza, a nastepnie walcuje sie recznie za pomoca walców aluminiowych. Walcowanie to wywiera niekorzystny wplyw na wytrzymalosc mechaniczna gotowego laminatu oraz na rozmieszczenie wlókien szklanych w laminacie, które podczas walcowania migruja do nizszych warstw laminatu.Powyzsze operacje walcowania sa calkowicie wyeliminowane w sposobie wedlug wynalazku. Zastosowanie warstwy powierzchniowej nie przepuszczajacej powietrza, która natryskuje sie na powierzchnie warstwy z zywicy syntetycznej w celu zapobiezenia przenikaniu powietrza powoduje taki efekt, ze walcowanie staje sie niepotrzeb¬ ne. Dzieje sie tak dlatego, ze gdy forme pokryta laminatem z zywicy syntetycznej z warstw^ nie przepuszczajaca powietrza na jego powierzchni wyciaga sie z komory prózniowej, wtedy pory i pecherzyki wytworzone podczas procesu pod zmniejszonym cisnieniem kurcza sie i otrzymany produkt staje sie calkowicie wolny od pecherzy¬ ków powietrza wewnatrz. ^ Wyeliminowanie operacji walcowania, która poza niekorzystnym wplywem na strukture samego laminatu jest czasochlonna, co podnosi równiez i koszty procesu,jest jednym z celów i nieoczekiwanych efektów technicz¬ nych sposobu wedlug wynalazku. Dzieki temu efektowi produkty wytworzone sposobem wedlug wynalazku zawieraja wlókna szklane 13 równomiernie rozprowadzone w calkowitej grubosci poliestru 12, co wskazano na fig. 3 i 4.Dalszym nieoczekiwanym efektem technicznym, uzyskanym dzieki sposobowi wedlug wynalazku jest wyeliminowanie powaznej wady znanych wyzej opisanych sposobów, a mianowicie wyeliminowanie tendencji wlókien szklanych do migracji do górnej powierzchni laminatu, nawet do tego stopnia, ze moga one wystawac nad powierzchnia. Tozjawisko wystawania wlókien szklanych ponad powierzchnia jest dobrze znane.W celu unikniecia tej wady stosowano dotychczas walcowanie. Powyzsze niekorzystne zjawisko zostalo calkowicie wyeliminowane w sposobie wedlug wynalazku.118321 3 Istotna nowoscia sposobu wedlug wynalazku jest wprowadzenie nie stosowanej dotychczas gazoszczelnej warstwy powierzchniowej oraz prowadzenia procesu pod zmniejszonym cisnieniem i nastepne wystawienie pro¬ duktu na dzialanie cisnienia atmosferycznego, co daje absolutnie nieoczekiwany efekt techniczny, a mianowicie równomierna, wolna od pecherzyków strukture. Sposób ten eliminuje koniecznosc walcowania i nadaje sie do wytwarzania wyrobów o dowolnych ksztaltach, w przeciwienstwie do znanych metod. Wynalazek zawiera wiec zarówno nowe, nie stosowane dotychczas cechy sposobu jak tez daje powazny i nieoczekiwany efekt techniczny.Sposobem wedlug wynalazku wytwarza sie produkty ze wzmacnianej zywicy termoutwardzalnej, korzy¬ stnie z poliestru wzmacnianego wlóknem szklanym, na drodze nanoszenia zywicy syntetycznej oraz wlókien wzmacniajacych na sciane formy w komorze o zmniejszonym cisnieniu, nastepnym powlekaniu tak powstalego jeszcze polaczonego z forma produktu, warstwa i nastepnego wyjscia produktu po wytworzeniu zmniejszonego cisnienia w komorze.Sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze natryskiwanie wlókien wzmacniajacych i zywicy syntetycznej na sciany formy prowadzi sie w komorze utrzymywanej pod zmniejszonym cisnieniem nastepnie na tak powstaly produkt natryskuje sie warstwe powierzchniowa i utwardza sie warstwe powierzchniowa pod zmniejszonym cisnieniem, po czym wyrównuje sie cisnienie do cisnienia atmosferycznego, przy czym powstale pecherzyki i pory zostaja wcisniete.Nowa i szczególna cecha sposobu wedlug wynalazku jest to, ze natryskiwanie prowadzi sie pod zmniejszo¬ nym cisnieniem i w sposób kontrolowany, jezeli to jest pozadane, przy pelnej automatyzacji, co daje zmniejsze¬ nie czasu produkcji do 10-25% wymaganego przy stosowaniu metod dotychczasowych. . Oprócz korzysci operacyjnych, polepszajacych ekonomie procesu, sposób wedlug wynalazku daje nastepu¬ jace korzysci dodatkowe: a) laminat poliestru i wlókna szklanego jest bardziej konkurencyjny w dziedzinach, w których nie mógl dotychczas konkurowac ze wzgledu na cene, b) lepsza jakosc laminatu wytwarzanego sposobem wedlug wynalazku pociaga za soba lepsze wlasciwosci mechaniczne i zwiekszona odpornosc na wchlanianie wody; jezeli strukture laminatu formuje sie za pomoca robotu lub w drodze sterowanego natryskiwania pod zmniejszonym cisnieniem, to otrzymane laminaty sa w zado¬ walajacym stopniu wolne od powietrza i porów, co obniza np.: koszta dotychczas wymaganych operacji wykan¬ czajacych, c) wyeliminowaniu ulega wszelka praca reczna, gdyz caly proces mozna przeprowadzic w sposób zautoma¬ tyzowany, w szczelnej komorze produkcyjnej, pod zmniejszonym cisnieniem (próznia do 95%, korzystnie 90%), d)z punktu widzenia ochrony srodowiska sposób jest wysoce korzystny, gdyz obsluga nie kontaktuje sie z jednostka produkcyjna gdzie formuje sie laminat, a wyzsze stezenie styrenu w gazach odlotowych czyni ekono¬ micznym ich oczyszczanie, co przyczynia sie do zmniejszenia zanieczyszczenia srodowiska, e) wydajnosc odlewania na forme zwieksza sie w sposobie wedlug wynalazku o okolo 75-150%, poniewaz zbedna staje sie operacja homogenizacji; ponadto sposób jest niezalezny od czasu zelowania, co oznacza, ze utwardzanie moze byc inicjowane natychmiast po wprowadzeniu materialu do formy, f) poniewaz w wyniku krótszego czasu nanoszenia mozna zmniejszyc liczbe bedacych w uzyciu form, zmniejszaja sie wydatki na formy, do czego dochodzi znaczna oszczednosc miejsca; w praktyce, zaklady wytwórcze laminatu moga zmniejszyc obecne zapotrzebowanie powierzchni produkcyjnej o okolo 50% lub przy tej samej powierzchni odpowiednio zwiekszyc produkcje, g) technika natryskiwania wedlug wynalazku moze byc stosowana do wszelkich znanych krzywizn i wtlo¬ czen, jak np. do glebokich struktur stepek lodzi, h) wszystkie wytwarzane laminaty moga byc prawie identyczne, w wyniku czego grubosc larrunatu jest bardziej równomierna, natomiast laminaty wykonywane konwencjonalnymi sposobami znacznie sie róznily; w wyniku mozliwosci wytwarzania równomierniejszyeh laminatów zmniejsza sie liczba skarg i odrzutów. Forme wprowadza sie i wyprowadza z urzadzenia poprzez komory sluzowe.Szczególowy opis wynalazku nawiazuje do zalaczonych rysunków, na których fig. 1 przedstawia czescio¬ wo lamany rzut boczny urzadzenia do realizacji sposobu wedlug wynalazku, fig. 2 przedstawia odpowiedni widok z góry, fig. 3 przedstawia przekrój laminatu poliestrowego wzmocnionego wlóknem szklanym, w formie, przed wystawieniem na cisnienie atmosferyczne, a fig. 4 przedstawia wyglad tego samego laminatu po wystawie¬ niu na cisnienie atmosferyczne.Urzadzenie przedstawione na fig. 1 sklada sie z trzech wzajemnie od siebie oddzielonych komór 1, 2 i 3, które sa polaczone miedzy soba klapami 4, 5, 6 i 7. W czasie operacji czesciowa próznie w komorach 1, 2 i 3 doprowadza sie do okolo 95%. Komory sa tak zwymiarowane, ze wytrzymuja naprezenia wywolane obnizeniem cisnienia.4 118321 Wprowadzenie odbywa sie do srodkowej komory 2, w której umiejscowione jest urzadzenie wtryskujace 8, ewentualnie polaczone z robotem przemyslowym 9, zamontowanym na dzwignicy 10. Klapy 4-7 komór 1-3 sa otwierane i zamykane, gdy cisnienie po obu ich stronach wyrównuje sie. W srodkowej komorze 2 umiejscowiony jest wlaz. umozliwiajacy dostep w przypadku awarii.Robot 9 w komorze srodkowej 2 jest typu obecnie stosowanego, tj. przeznaczonego do operacji malowania natryskowego. Moze on byc dostosowany do wykonywania szesciu ruchów, zamiast konwencjonalnych pieciu.Robot 9 jest zamontowany na pionowo i poziomo przesuwalnej dzwignicy 10. Wszystkie ruchy dzwignicy 10 sa wprowadzane do komputera robotu 9 i synchronizowane z ruchami robotu. W wyniku powyzszego uzysku¬ je sie w pelni zautomatyzowany robot 9, wykonujacy dziewiec ruchów. Konstrukcja ta daje 30% wzrost mozli¬ wych ruchów w stosunku do innych znanych ukladów, pokrywajac w ten sposób wszelkie mozliwe krzywizny i operacje.Na robocie 9 jest zamontowane urzadzenie 8 do natryskiwania poliestru i wlókna szklanego. Urzadzenie to sklada sie z maszyny nakladajacej jeden lub dwa sklaniki, wlókno szklane i poliester oraz z obcinaka i maszyny do nakladania zelu.W sposobie wedlug wynalazku wszystkie skladniki materialowe musza byc w czasie operacji utrzymywane pod zmniejszonym cisnieniem.Calkowite zuzycie surowców jest sprawdzane i korygowane w trakcie operacji za pomoca komputera robo¬ tu 9.W celu unikniecia przerw w produkcji, spowodowanych pekaniem wlókna szklanego, na pistolecie natry¬ skowym 8 sa zamontowane dwa obcinaki do wlókna szklanego, z których jeden stanowi rezerwe.Do wizualnej kontroli produkcji sluza dwie kamery telewizyjne, jedna do kontroli szczególowej, a druga do kontroli calosci operacji. Wyposazone w kola formy sa przy uzyciu sily prowadzone na trzech oddzielnych ukladach szynowych, które sa niezalezne na klapach 4-7. Formy sa przesuwane za pomoca cylindrów hydrau¬ licznych, po jednym w kazdej z komór 1-3. Wewnatrz srodkowej komory 2 forma jest zatrzymywana na odpo¬ wiedni sygnal impulsowy, dokladnie dobierany w stosunku do robotu 9.Cykl produkcyjny rozpoczyna sie umieszczeniem przygotowanej formy wewnatrz wejsciowej komory ni¬ skocisnieniowej 1, po czym nastepuje zamkniecie klapy 4 i obnizenie cisnienia w komorze 1.Poniewaz srodkowa komora 2 jest stale utrzymywana pod zmniejszonym cisnieniem, mozna otworzyc klape sluzowa 5, umiejscowiona miedzy wejsciowa komora niskocisnieniowa 1, a stanowiskiem robotu, tj. komo¬ ra srodkowa 2. Formy sa nastepnie przesuwane automatycznie i rozpoczyna sie operacja natryskiwania. Przed dojsciem formy do klapy wyjsciowej 6 obniza sie cisnienie w komorze wyjsciowej 3, po czym otwiera sie klape 6 miedzy komora srodkowa 2, a komora wyjsciowa 3 i przesuwa forme do komory 3. Z kolei zamyka sie klape 6 i wpuszcza do komory 3 powietrze do cisnienia atmosferycznego. Po otwarciu klapy 7, forme z laminatem wyprowadza sie z komory 3 do dalszej obróbki.-W trakcie ostatniej fazy programu produkcyjnego rozpoczyna sie cykl nastepny.Formowanie laminowanej struktury wlókno szklane/poliester przeprowadza sie w nastepujacy sposób: Gdy, jak przedstawiono na fig. 3, poliester 12 i wlókno szklane 13 wprowadza sie do formy pod zmniejszo¬ nym cisnieniem, to w laminacie powstaja male pory 15, zawierajace powietrze pod czesciowa próznia wynoszaca 90%. W dotychczasowych sposobach pory te zawieraja powietrze pod cisnieniem atmosferycznym.Po uzyskaniu laminatu o pozadanej grubosci, korzystnie natryskuje sie gazoszczelna warstwe wykanczajaca 16. Warstwa ta czyni zbednym jakiekolwiek pokrycie zewnetrzne, gdyz po utwardzeniu staje sie ona calkowicie niekleista. Zadaniem tej warstwy jest zapobieganie penetracji powietrza (przedstawionego strzalkami na figurze 4) do laminatu, po wpuszczeniu powietrza do niskocisnieniowej komory 3. Pecherzyki w laminacie, w których cisnienie jest obnizone, ulegaja calkowitemu sprasowaniu, w wyniku czego uzyskuje sie laminat w zadowalajacy sposób wolny od powietrza, jak przedstawiono na fig. 4.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania produktów ze wzmacnianej zywicy termoutwardzalnej, korzystnie produktów z po¬ liestru wzmacnianego wlóknem szklanym, na drodze nanoszenia zywicy syntetycznej oraz wlókien wzmacniaja¬ cych na sciane formy w komorze o zmniejszonym cisnieniu, nastepnego powlekania tak powstalego, jeszcze polaczonego z forma produktu, warstwa i nastepnego wyjecia/produktu po wytworzeniu zmniejszonego cisnienia w komorze, znamienny tym, ze natryskiwanie wlpkien wzmacniajacych i zywicy syntetycznej na scia¬ ny formy prowadzi sie w komorze utrzymywanej pod zmniejszonym cisnieniem nastepnie na tak powstaly produkt natryskuje sie warstwe powierzchniowa i utwardza sie warstwe powierzchniowa pod zmniejszonym118321 5 cisnieniem, po czym wyrównuje sie cisnienie do cisnienia atmosferycznego, przy czym powstale pecherzyki i pory zostaja wcisniete. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze urzadzenie natryskujace steruje sie za pomoca zamocowanego na dzwignicy robotu sterowanego komputerem. 3. Sposób wedlug zastrz. I, znamienny tym, ze formowania laminatu dokonuje sie w drodze recznego sterowania. 4. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny ty m„ ze forme wprowadza sie do komory niskocisnieniowej poprzez wejsciowa komore sluzowa. 5. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, ze forme wyprowadza sie z komory niskocisnieniowej poprzez wyjsciowa komore sluzowa. 6. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, ze operacje w komorze natryskowej wykonuje sie przy czesciowej prózni wynoszacej 90%.Figi Hg.2 ^^—^ [53 "LC118 321 r/g.3 Pracownia Poligraficzna UP PRL. Naklad 120 cgz.Cena 100 zl PL PL PL PL

Claims (6)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania produktów ze wzmacnianej zywicy termoutwardzalnej, korzystnie produktów z po¬ liestru wzmacnianego wlóknem szklanym, na drodze nanoszenia zywicy syntetycznej oraz wlókien wzmacniaja¬ cych na sciane formy w komorze o zmniejszonym cisnieniu, nastepnego powlekania tak powstalego, jeszcze polaczonego z forma produktu, warstwa i nastepnego wyjecia/produktu po wytworzeniu zmniejszonego cisnienia w komorze, znamienny tym, ze natryskiwanie wlpkien wzmacniajacych i zywicy syntetycznej na scia¬ ny formy prowadzi sie w komorze utrzymywanej pod zmniejszonym cisnieniem nastepnie na tak powstaly produkt natryskuje sie warstwe powierzchniowa i utwardza sie warstwe powierzchniowa pod zmniejszonym118321 5 cisnieniem, po czym wyrównuje sie cisnienie do cisnienia atmosferycznego, przy czym powstale pecherzyki i pory zostaja wcisniete.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze urzadzenie natryskujace steruje sie za pomoca zamocowanego na dzwignicy robotu sterowanego komputerem.

3. Sposób wedlug zastrz. I, znamienny tym, ze formowania laminatu dokonuje sie w drodze recznego sterowania.

4. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny ty m„ ze forme wprowadza sie do komory niskocisnieniowej poprzez wejsciowa komore sluzowa.

5. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, ze forme wyprowadza sie z komory niskocisnieniowej poprzez wyjsciowa komore sluzowa.

6. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, ze operacje w komorze natryskowej wykonuje sie przy czesciowej prózni wynoszacej 90%. Figi Hg.2 ^^—^ [53 "LC118 321 r/g.3 Pracownia Poligraficzna UP PRL. Naklad 120 cgz. Cena 100 zl PL PL PL PL