PL227465B1 - Urządzenie i sposób wytwarzania wyrobu z kompozytu żywica-włókno - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie i sposób wytwarzania wyrobu z kompozytu żywicawłókno, zwłaszcza wyrobu otwartego, jednoczęściowego.

Znany ze zgłoszeniowego opisu patentowego nr 407633 sposób polega na wykonaniu w pierwszym etapie modelu wyrobu w skali 1:1 i na jego podstawie sztywnej, kompozytowej formy gotowego wyrobu. W drugim etapie wykonuje się model rdzenia wyrobu, pomniejszonego o grubość kompozytu żywica-włókno, przyjętego do zastosowania na powierzchni zewnętrznej wyrobu. Na podstawie tego wyrobu wykonuje się formę rdzenia, pokrywa wnętrze tej formy środkiem zapobiegającym przyklejaniu się do niej rdzenia, zamyka się formę i wkłada się do niej trzpień, odwzorowujący otwór w wyrobie, po czym wprowadza się do niej żywicę utwardzalną spienialną. Po utwardzeniu rdzenia wyjmuje się go z formy. W trzecim etapie układa się w formie gotowego wyrobu i/lub na porowatym rdzeniu wzmocnienie. Wzmocnienie jest wykonane z tkaniny i/lub z maty z włókien technicznych i stanowi co najmniej jedno rozwinięcie wyrobu. Następnie do formy wkłada się porowaty rdzeń, a do jego otworu elastyczny, rozporowy pojemnik. Do pojemnika wprowadza się czynnik gazowy i utrzymuje jego ciśnienie do czasu utwardzenia wzmocnienia, po czym wyjmuje się ten pojemnik i gotowy wyrób.

Celem wynalazku jest opracowanie urządzenia o mało skomplikowanej konstrukcji z przeznaczeniem do nisko-seryjnej produkcji i sposobu wytwarzania wyrobu gwarantującego niskie koszty eksploatacji i łatwego w uzyskaniu wysokiej jakości produktu.

Urządzenie według wynalazku do wytwarzania wyrobu z kompozytu żywica-włókno, posiada komorę matrycową, w której mieści się wymienna matryca wyrobu, a ją nakrywa komora dociskowa, z zainstalowaną nagrzewnicą i wentylatorem. Przy czym komora matrycowa ma podłączenie do pompy próżniowej, natomiast komora dociskowa jest podłączona do kompresora. Komora dociskowa wyposażona jest w membranę prasującą. Komora matrycowa wyposażona jest w membranę formującą.

Sposób według wynalazku, wytwarzania wyrobu z kompozytu żywica-włókno polega na włożeniu, wcześniej wykonanej matrycy do komory matrycowej, będącej jedno- lub wieloczęściową, sztywną formą negatywu gotowego wyrobu, w kolejnym etapie, zewnętrzną powierzchnię matrycy zakrywa się membraną formującą wykonaną z silikonu odlewniczego i dociska ją do matrycy wypompowując spod niej powietrze za pomocą pompy próżniowej. Po czym tradycyjnymi metodami ręcznymi nakładane są na tak przygotowaną powierzchnię, zewnętrzne warstwy laminatu z żelkotu i/lub żywicy zagęszczonej. Następnie po jej stwardnieniu, wykłada się całość powierzchni zbrojeniem z włókna szklanego, tkaniny szklanej lub innym materiałem nadającym się do zbrojenia żywicy, a następnie wlewa się do środka żywicę wymieszaną z utwardzaczem. Tak przygotowany laminat w komorze matrycowej dociskany jest membraną prasującą, w którą wyposażona jest komora dociskowa, po sztywnym zapięciu obu komór, po tym, jak do komory dociskowej wpompowuje się powietrze z kompresora. Wpompowane powietrze rozpycha membranę prasującą po wewnętrznych ściankach laminatu, wypychając zapowietrzenia i rozprowadzając żywicę po całym jego zbrojeniu. W kolejnym etapie, uruchamia się grzałkę z cyrkulacją powietrza od wentylatora, która nagrzewa ścianki membrany prasującej, powodując szybkie twardnienie żywicy. Po tym utwardzeniu żywicy, przystępuje się do wyrównania ciśnienia w komorze z otoczeniem i wyjmuje gotowy wyrób.

Korzystnie, gdy matryca posiada mikro szczeliny na jej całej grubości, korzystnie w miejscach zagięć jej powierzchni.

Korzystnie, gdy membrana formująca posiada grubość od 1 do 3 mm i dużą elastyczność od 400% i więcej.

Powietrze spomiędzy matrycy i membrany formującej wypompowuje się do ciśnienia minus 0,98 bar.

Ciśnienie prasujące, oddziaływujące na membranę prasującą stosuje się w granicach od 0,4 do 3 bar, w zależności od dokładności przylegania membrany do matrycy.

Urządzenie i sposób według wynalazku w przykładzie realizacji zostało bliżej objaśnione w oparciu o rysunek, na którym na fig. 1 przedstawia w przekroju, widok urządzenia z laminatem w matrycy, przed operacją zaprasowania membraną prasującą, fig. 2 przedstawia w przekroju, widok urządzenia po zaprasowaniu laminatu, fig. 3 ilustruje w przekroju, widok komory matrycowej z matrycą w środku i membraną formującą przed zaformowaniem, fig. 4 ilustruje w przekroju komorę matrycową po zaformowaniu membrany formującej, a fig. 5 ilustruje, w przekroju, widok matrycy ze szczelinami, służącymi do odpowietrzania.

PL 227 465 B1

Według wynalazku podstawowym elementem urządzenia jest komora matrycowa 2 zbudowana z wytrzymałych materiałów. Do komory matrycowej 2 wkładamy matrycę 8 będącą negatywem kształtu formowanego elementu. Matryca 8 może być wykonana z wszelkich materiałów odwzorowujących kształt jak: drewno, materiały drewnopodobne, gips, stal, tworzywa sztuczne, papier itp. Kształt matrycy 8 można wyfrezować, wydrukować, odlać bądź zastosować każdy możliwy sposób obróbki w celu uzyskania zadanego kształtu. Matryca 8 może być zbudowana z ruchomych elementów ograniczających, które dają możliwość regulacji i zmiany geometrii formowanego kształtu.

Komorę matrycową 2 z unieruchomioną matrycą 8 zakrywamy membraną formującą 9 wykonaną z silikonu odlewniczego o dużej elastyczności (minimum 400%) i wytrzymałości na rozdzieranie. Membranę formującą 9 szczelnie dociskamy do komory i wypompowujemy powietrze z komory 2.

W przeprowadzonych próbach stosowano membranę o grubości 1 mm i 3 mm. Membrana 9 o grubości 1 mm, lepiej dopasowuje się do kształtu matrycy 8 oraz jest bardziej podatna na zmiany podciśnienia, ale jest też delikatniejsza i bardziej narażona na zrywanie.

Membrana 8 o grubości 3 mm jest dużo bardziej odporna na zrywanie i lepiej maskuje niedoskonałości matrycy 8, jednak przez to, kształty są mniej dokładne.

Membrana formująca 9 rozciąga się, dopasowując się do kształtu matrycy 8. Użyte podciśnienie w komorze matrycowej jest zależne od rodzaju matrycy. Jeżeli jest to matryca 8 dokładnie odwzorowująca kształt, możemy wypompować powietrze do ciśnienia -0,98 bar, przez co membrana 9, idealnie dopasuje się do kształtu matrycy 8. Można też wypompować powietrze częściowo, w zakresie od 0 do -98 bara, regulując w ten sposób niektóre zagięcia membrany, przez co kształt matrycy 8 nie musi być dokładnie przygotowany.

W celu dobrego dociśnięcia się membrany 9 do matrycy 8 pod wpływem podciśnienia, matryca 8 powinna posiadać w sobie mikro szczeliny 11, przez które zostanie wyssane powietrze spomiędzy membrany 9 a matrycy 8.

Komora matrycowa 2 z umieszczoną w niej matrycą, zakrytą membraną formującą 9 i wypompowanym powietrzem dopiero tworzy gotową formę do laminowania.

Membrana formująca 9 odlewana jest w płaskiej formie, dzięki czemu można nanieść na jej powierzchnię różnego rodzaju faktury, które odwzorują się na powierzchni formowanego laminatu.

Użycie membrany formującej 9 ułatwia laminowanie elementów o bardziej złożonych kształtach wymagających użycia matryc 8 składanych dzięki temu, iż maskuje miejsce składania matrycy.

Po przygotowaniu formy przystępuje się do laminowania tradycyjnymi metodami ręcznymi, czyli nakładania 2-4 zewnętrznych warstw laminatu z żelkotu lub żywicy zagęszczonej.

Membrana 8 silikonowa dzięki swoim właściwościom eliminuje konieczność używania środków rozdzielających matrycę 8 od laminowanego elementu 10. Po stwardnieniu warstw żelkotu lub żywicy zagęszczonej wykładamy całość zbrojeniem z włókna szklanego, tkaniny szklanej lub innymi materiałami nadającymi się do zbrojenia żywicy i wlewamy do środka żywicę wymieszaną z utwardzaczem.

Tak przygotowaną matrycę 8 dociskamy komorą prasującą 1 wykonaną ze stalowej misy, wyposażonej w siIikonową membranę prasującą 7, nagrzewnicę 3 i wentylator 4 zainstalowany w komorze 1. Do komory prasującej 1 wpompowujemy powietrze, które rozpycha membranę prasującą 7 po wewnętrznych ściankach laminatu, wypychając zapowietrzenia i rozprowadzając żywicę po całym zbrojeniu. Ciśnienie powietrza zależy od rodzaju zastosowanej matrycy 8. Jeżeli membrana formująca dokładnie przylega do matrycy 8, możemy użyć wysokich ciśnień rzędu 1,5-3 bar w celu bardzo mocnego docisku i dobrego nasycenia laminatu.

W przypadku matrycy, do której nie przylega w całości membrana formująca 9, należy tak dobrać ciśnienie prasowania, aby nie uszkodzić zewnętrznych stwardniałych warstw laminatu z żelkotu lub żywicy zagęszczonej.

W przeprowadzonych próbach było to ciśnienie w granicach 0,4-0,8 bar.

W pierwszym etapie prasowania czekamy aż żywica rozpłynie się po zbrojeniu, do czasu zakończenia przydatności żywicy do użytku.

W wykonanych próbach stosowano żywicę poliestrową o czasie przydatności do użytku ok. 10 min.

Następnie uruchamiano grzałkę 3 z cyrkulacją powietrza z wentylatora 4, która nagrzewa ścianki membrany prasującej 7 powodując szybsze twardnienie żywicy. Temperatura powietrza zależy od rodzaju żywicy oraz wytrzymałości termicznej sylikonu, z którego jest zrobiona membrana prasująca 7.

W wykonanych próbach utrzymywano temperaturę w komorze prasującej 1 ok. 35-40 stopni Celsjusza. Taka temperatura pozwalała na stwardnienie żywicy w ciągu ok. 20 min.

PL 227 465 B1

Po stwardnieniu żywicy ciśnienie w komorze prasującej 1 jest wyrównywane z ciśnieniem otoczenia i komora prasująca 1 jest podnoszona.

Wyciągnięcie laminatu 10 z matrycy 8 następuje po wyrównywaniu ciśnienia w komorze matrycowej 2 z ciśnieniem otoczenia i membrana matrycowa 9 wypycha laminat 10 z matrycy 8. Dla szybszego wypchnięcia laminatu 10 z formy można wpompować do komory matrycowej 8 powietrze, co spowoduje jeszcze silniejsze wypychanie laminatu 10 z formy.

Claims (8)

1. Urządzenie do wytwarzania wyrobu z kompozytu żywica-włókno, znamienne tym, że posiada komorę matrycową (2), w której mieści się wymienna matryca (8) wyrobu, a ją nakrywa komora dociskowa (1) z zainstalowaną nagrzewnicą (3) i wentylatorem (4), przy czym komora matrycowa (2) ma podłączenie do pompy próżniowej (5), natomiast komora dociskowa (1) jest podłączona do kompresora (6).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że komora dociskowa (1) wyposażona jest w membranę prasującą (7).

3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że komora matrycowa (2) wyposażona jest w membranę formującą (9).

4. Sposób wytwarzania wyrobu z kompozytu żywica-włókno polegający na włożeniu matrycy do komory matrycowej, będącej jedno- lub wieloczęściową, sztywną formą negatywu gotowego wyrobu, znamienny tym, że w kolejnym etapie, zewnętrzną powierzchnię matrycy (8) zakrywa się membraną formującą (9) wykonaną z silikonu odlewniczego i dociska ją do matrycy (8) wypompowując spod niej powietrze za pomocą pompy próżniowej (5), po czym tradycyjnymi metodami ręcznymi nakładane są na tak przygotowaną powierzchnię, zewnętrzne warstwy laminatu z żelkotu i/lub żywicy zagęszczonej, następnie po jej stwardnieniu, wykłada się całość powierzchni zbrojeniem z włókna szklanego, tkaniny szklanej lub innym materiałem nadającym się do zbrojenia żywicy, a następnie wlewa się do środka żywicę wymieszaną z utwardzaczem, a tak przygotowany laminat (10) w komorze matrycowej (2) dociskany jest membraną prasującą (7), w którą wyposażona jest komora dociskowa (1), po sztywnym zapięciu obu komór (1) (2), po tym, jak do komory dociskowej (1) wpompowuje się powietrze z kompresora (6), które rozpycha membranę prasującą (7) po wewnętrznych ściankach laminatu, wypychając powietrze i rozprowadzając żywicę po całym jego zbrojeniu, w kolejnym etapie, uruchamia się grzałkę (3) z cyrkulacją powietrza od wentylatora (4), która nagrzewa ścianki membrany prasującej (7) powodując szybkie twardnienie żywicy, po tym utwardzeniu żywicy, przystępuje się do wyrównania ciśnienia z otoczeniem i wyjmuje gotowy wyrób.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że matryca (8), korzystnie posiada mikroszczeliny (11) na jej całej grubości, korzystnie w miejscach zagięć jej powierzchni.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że membrana formująca (9) posiada grubość od 1 do 3 mm i dużą elastyczność od 400% i więcej.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wypompowuje się powietrze pomiędzy matrycy (8) i membrany formującej (9) do ciśnienia minus 0,98 bar.

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ciśnienie prasujące oddziaływujące na membranę prasującą (7) stosuje się w granicach od 0,4 do 3 bar, w zależności od dokładności przylegania membrany (7) do matrycy (8).