SE438113B

SE438113B - DISTANCE MATERIALS AND PROCEDURES TO MANUFACTURE THE SAME

Info

Publication number: SE438113B
Application number: SE8304871A
Authority: SE
Inventors: T Bakkelunn
Original assignee: Rovac Ab
Priority date: 1983-09-12
Filing date: 1983-09-12
Publication date: 1985-04-01
Also published as: SE8304871L; EP0155289A1; SE8304871D0; WO1985001248A1

Description

8304871-0 ' 2 Föreliggande uppfinning föreslår ett distansmaterial och ett förfarande för dettas framställning som löser bl.a. den i ovan angivna problematiken genom att utgå från att i ett grundmaterial tillföres blåsor eller bubblor av luft som får ingå i ett tvåfassystem med grundmaterialet, vilka blåsor eller bubblor expanderas med ett tryck som understiger det tryck vid vilket blåsorna eller bubblorna tillföras. Det som närmare huvudsakligen kan anses vara kännetecknande för det nya distansmaterialet är att det består av ett härdplastmaterial som innefattar med tryck expanderande blåsor i luft som intagit olöst tillstånd i härdplast- materialet för bildande av distansmaterial väsentligen fritt från till- satsmedel i form av skumningseffektuerande kemiska och/eller i materi- alet lösta fysikaliska drivmedel. The present invention proposes a spacer material and a method for its production which solves e.g. the problem in the above by assuming that in a base material bubbles or bubbles of air are supplied which may be included in a two-phase system with the base material, which bubbles or bubbles are expanded at a pressure below the pressure at which the bubbles or bubbles are supplied. More specifically, what can be considered to be characteristic of the new spacer material is that it consists of a thermoset material which comprises pressure-expanding bubbles in air which have taken up an undissolved state in the thermoset material to form spacers substantially free of additives in the form of foaming-effecting chemical and / or physical fuels dissolved in the material.

I en föredragen utföringsform föreslås att, tack vare en utvecklad undertrycksteknologi för bl.a. omättad polyester, att härdplastmaterialet företrädesvis skall utgöras av polyester som är försett med instängda luftblåsor. Dessutom är distansmaterialet i vissa utföringsformer arme- rat med kol- eller glasfibrer. Distansmaterialet kan i en föredragen sandwichkonstruktion förses med täckskikt i sama material, men med mindre antal blåsor eller helt utan blåsor.In a preferred embodiment, it is proposed that, thanks to a developed negative pressure technology for e.g. unsaturated polyester, that the thermosetting plastic material should preferably consist of polyester which is provided with trapped air bubbles. In addition, in some embodiments, the spacer material is reinforced with carbon or glass fibers. In a preferred sandwich construction, the spacer material can be provided with cover layers in the same material, but with a smaller number of blisters or completely without blisters.

Det som huvudsakligen kan anses vara kännetecknande för det nya för- farandet är att i ett första utryme som står under ett första tryck, företrädesvis atmosfärstrycket, införas luftbubblor i ett med hårdare kompatibelt plastmaterial, att sålunda med luftbubblor försett plast- material anbringas på en form eller ett underlag i det första utrymmet eller =tt andra utrymme, som i respektive fall företrädesvis utgöres av nämnda undertryckskamare, att det första respektive andra utrymmet ställes eller står under ett andra tryck som väsentligen understiger det första trycket så att nämnda i materialet införda luftbubblor expanderas samt att plastmaterialet härdas med expanderade luftbubblor under nämnda andra tryck i berört utryme under en förhållandevis kort härdningstid, t.ex. 0,5-20 minuter, företrädesvis 5-10 minuter.What can mainly be considered to be characteristic of the new method is that in a first space which is under a first pressure, preferably the atmospheric pressure, air bubbles are introduced into a material which is more compatible with plastic, so that plastic material provided with air bubbles is applied to a mold or a substrate in the first space or a second space, which in each case preferably consists of said negative pressure chamber, that the first and second space are placed or are under a second pressure which is substantially less than the first pressure so that said air bubbles introduced into the material are expanded. and that the plastic material is cured with expanded air bubbles under said second pressure in the affected space for a relatively short curing time, e.g. 0.5-20 minutes, preferably 5-10 minutes.

I vidareutvecklingar av uppfinningstanken föreslås att åtgärder skall vidtas för förhíndrande av att i samanhanget för snabb stighastighet - erhålles för de i det första trycket ínblandade~gasbubblorna. Så t.ex. skall grundmaterialet vara väsentligen fritt från vätmedel. Även in- blandning av små blåsor är att föredra för att minska stighastigheten.In further developments of the inventive concept, it is proposed that measures be taken to prevent, in the context of rapid rising speed, being obtained for the gas bubbles involved in the first pressure. So e.g. the base material shall be substantially free of wetting agent. Mixing small blisters is also preferable to reduce the rate of rise.

Företrädesvis väljes ett tixotropt härdplastmaterial med en grundvis- kositet av företrädesvis l40-300 mPa.s. Härdaren tillföres företrädesvis vid luftinblandningens slut och/eller i saband med upphällningen på formen eller underlaget. '8304871-0 Företrädesvis utnyttjas för expanderingen av de i nämnda första tryck inblandade luftbubblorna en undertryckskammare som kan arbeta med 60-95% vacuum, företrädesvis 70-90 Z. En dylik kammare kan innesluta ett för produkten lämpligt utrymme och vara försedd med bl.a. öppnings- och stängningsbar port, ev materialappliceringsorgan, etc.Preferably, a thixotropic thermoset material having a basic viscosity of preferably 140-300 mPa.s. The hardener is preferably applied at the end of the air mixture and / or in conjunction with the pouring on the mold or substrate. 8304871-0 Preferably, for the expansion of the air bubbles involved in said first pressure, a negative pressure chamber is used which can operate with 60-95% vacuum, preferably 70-90 Z. Such a chamber can enclose a space suitable for the product and be provided with e.g. a. openable and closable door, possible material application means, etc.

Genom uppfinningen kan erhållas material som varken innehåller kemiska skumningsdrivande tillsatser eller fysikaliska i grundmaterialet lösta drivmedel förutsatt att man i sistnämnda fall bortser från den lilla luftmängd som alltid förekommer i grundmaterialet från början. På så vis kan produkter med höga mekaniska egenskaper erhållas till lågt pris.By means of the invention, materials can be obtained which contain neither chemical foaming additives nor physical fuels dissolved in the base material, provided that in the latter case the small amount of air which is always present in the base material is disregarded from the beginning. In this way, products with high mechanical properties can be obtained at a low price.

Arbetsmiljön kan utformas med hög standard. Densitet och/eller armering i den färdiga produkten är lätt att styra genom den använda utrustningen.The work environment can be designed to a high standard. Density and / or reinforcement in the finished product is easy to control through the equipment used.

Uthärdningen av produkten kan göras enkel och distinkt, vilket ger förutsättningar för högkvalitativa produkter.The hardening of the product can be made simple and distinct, which provides conditions for high-quality products.

För närvarande föreslagna utföringsformer av ett distansmaterial och förfarande för dettas framställning skall beskrivas i nedanstående medelst två exempel under samtidig hänvisning till bifogade ritning, där figur 1 visar principiellt framställningen av distansmaterial enligt det första exemplet, och figur 2 visar principiellt framställningen av distansmaterial enligt det andra exemplet, och figur 3 visar exempel på en sandwichkonstruktion.Currently proposed embodiments of a spacer material and method for its production will be described in the following by means of two examples with simultaneous reference to the accompanying drawing, where Figure 1 shows in principle the production of spacers according to the first example, and Figure 2 shows in principle the production of spacers according to the second example, and Figure 3 shows examples of a sandwich construction.

Exempel l (figur 1) I en behållare 1 tillföres omättad polyester, t.ex. lamineringspolyester av den typ som användes inom småbåtsindustrin. Polyestern är tixotroperad och uppvisar en grundviskositet av t.ex. l50 mPa.s. Polyestern skall företrädesvis vara åtminstone väsentligen fri från vätmedel som annars normalt användes för underlättande av fyllnadsmedelinblandning. Den omättade polyestern är ftceträdesvis inställd så att snabb bindning kan _ erhållas efter tillsats av härdare, t.ex. peroxider. Härdtiden eller geltiden väljas företrädesvis inom området 30 sek - 20 minuter, före- trädesvis 5-10 minuter. Inställningen av härdningstid kan utföras på känt sätt medelst acceleratorer, inhibitorer och härdare.Example 1 (figure 1) In a container 1 unsaturated polyester is fed, e.g. lamination polyester of the type used in the small boat industry. The polyester is thixotroped and has a basic viscosity of e.g. l50 mPa.s. The polyester should preferably be at least substantially free of wetting agents which are otherwise normally used to facilitate filler incorporation. The unsaturated polyester is preferably adjusted so that rapid bonding can be obtained after the addition of hardener, e.g. peroxides. The curing time or gel time is preferably selected in the range of 30 seconds - 20 minutes, preferably 5-10 minutes. The setting of curing time can be performed in a known manner by means of accelerators, inhibitors and hardeners.

En snabbgående omrörare 2, t.ex. en omrörare med varvtalet ca 2000 r/min, 8304871-o 4 utnyttjas för omrörning av den omättade polyestern i behållaren l så att luftinblandning sker via behållarens öppning la. Mängden av och stor- leken på inblandade luftbubblor bestämmas av omrörningsvarvtalet, om- rörarens utformning, tiden av omrörningen samt den omättade polyesterns kemiska uppbyggnad.A high-speed stirrer 2, e.g. a stirrer with a speed of about 2000 rpm, is used for stirring the unsaturated polyester in the container 1 so that air mixing takes place via the opening 1a of the container. The amount and size of air bubbles involved are determined by the agitation speed, the design of the agitator, the time of agitation and the chemical structure of the unsaturated polyester.

Företrädesvis eftersträvas bubbelstorlekar på 0,1 mm-0,001 mm eller mindre och en total inblandad luftmängd av 10-30 volymprocent, före- trädesvis 15-20 vid inblandningen i atmosfärstrycket. Ju mindre bubbel- storlekar som införes i polyestern, desto mindre och tätare blir de instängda cellerna i det slutliga materialet. Små luftbubblor har dessutom liten stighastighet, medförande att luftbubblorna behöver längre tid att stiga till ovanytan och avgå till den omgivande atmos- fären. Detta innebär att ju mindre luftbubblor som åstadkommes i en given omättad polyester, desto längre geltid kan tillåtas. Härvid kan nämnas att längre geltider ger mindre kritiska tillverkningsförfaranden och därmed förutsättningar för högre kvalitet på den färdiga produkten.Preferably, bubble sizes of 0.1 mm-0.001 mm or less and a total air volume of 10-30% by volume are sought, preferably 15-20 when mixing at atmospheric pressure. The smaller bubble sizes that are introduced into the polyester, the smaller and denser the trapped cells in the final material. Small air bubbles also have a low rate of rise, which means that the air bubbles need more time to rise to the surface and emit to the surrounding atmosphere. This means that the smaller air bubbles that are produced in a given unsaturated polyester, the longer gel time can be allowed. It can be mentioned here that longer gel times result in less critical manufacturing processes and thus conditions for higher quality of the finished product.

Strax före avslutningen av luftbubbelinblandningen tillföras härdare 3, t.ex . via en ledning 4, och den med härdare försedda polyestern av- tappas i en form 5 via en ledning 6 som är försedd med en tappkran 7.Shortly before the end of the air bubble mixture, hardener 3 is added, e.g. via a line 4, and the hardened polyester is drained into a mold 5 via a line 6 which is provided with a tap 7.

Omrörningen, tillsättning av härdare och upphällning i form sker före- trädesvis i ett första utrymme 8 under ett första tryck, företrädesvis atmosfärstrycket.The stirring, addition of hardener and pouring into the mold preferably takes place in a first space 8 under a first pressure, preferably the atmospheric pressure.

Formen med sålunda ifylld härdarförsedd polyester införas i ett andra utrymme 9 som kan ställas under ett andra tryck som väsentligen under- stiger det första trycket. Företrädesvis utgöres det andra utrymmet av en med stort undertryck arbetande kammare som kan vara av känt slag.The mold with hardened polyester thus filled is introduced into a second space 9 which can be placed under a second pressure which is substantially less than the first pressure. Preferably, the second space consists of a chamber with a high negative pressure, which may be of a known type.

Kamaren är försedd med en öppnings- och stängningsbar enhet och med luftevakueringsutrusthing (ej visad) samt kan vara placerad i eller utanför det första utrymet. Formen inplaceras i kammaren i atmosfäre- tryck, varefter kamaren tillslutes och luftevakueringsutrustningen aktiveras tills ett undertryck av 50-400 mbar föreligger, företrädesvis 100-300 mbar uppnåtts.The chamber is equipped with an openable and closable unit and with air evacuation equipment (not shown) and can be located in or outside the first room. The mold is placed in the chamber at atmospheric pressure, after which the chamber is closed and the air evacuation equipment is activated until a negative pressure of 50-400 mbar is present, preferably 100-300 mbar has been reached.

De inrörda luftbubblorna kommer tack vare det effektuerade undertrycket att expanderas och tack vare nämnda korta härdnings- och stigningstider låses de expanderade luftbubblorna i plastmaterialet och ett skummat polyestermaterial erhålles.Due to the applied negative pressure, the stirred air bubbles will expand and due to said short curing and rising times, the expanded air bubbles will be locked in the plastic material and a foamed polyester material will be obtained.

Materialets densitet styres med mängden inblandade och expanderade luft- 8304871-0 5 bubblor och med graden av undertryck samt med härdningstiden. Genom val av polyesterkvalitet, omrörningen och undertrycksstorleken kan en densitet på den färdiga produkten om ca 170-600 kg/m3 och uppåt erhållas.The density of the material is controlled by the amount of bubbles involved and expanded and by the degree of negative pressure as well as by the curing time. By choosing the polyester quality, the agitation and the negative pressure size, a density of the finished product of about 170-600 kg / m 3 and up can be obtained.

Produkten är lämplig att ingå i sandwichkonstruktioner där täckskikten utgöres av mer eller mindre blåsfritt material av samma slag. Vid fram- ställning av sandwichkonstruktioner kan ett första blåsfritt skikt till- föras formen 5, varefter det med blåsor försedda materialet och därefter ånyo blåsfritt material anbringas i tur och ordning. Expandering och härdning kan ske som ovan. Eventuellt kan härdning av det ena eller båda täckskikten ske utanför kammaren i det första trycket, dvs atmosfärs- _ trycket.The product is suitable for use in sandwich constructions where the cover layers consist of more or less blow-free material of the same type. When making sandwich constructions, a first blow-free layer can be applied to the mold 5, after which the material provided with blisters and then again blow-free material are applied in turn. Expansion and hardening can take place as above. Optionally, curing of one or both cover layers can take place outside the chamber in the first pressure, ie the atmospheric pressure.

Exempel 2 (figur 2) Luftbubblorna inblandas som i exempel l med omrörare 2' i behållaren l' med polyester av motsvarande slag. Efter luftbubbelinblandningen pumpas materialet med pump l0 till en materialappliceringsanordning ll, t.ex. en sprutpistol av känt slag. På pistolen kan en likaledes känd kutter l2, t.ex. en glasfiberkutter, vara monterad. Med hjälp av kuttern kastas huggna fibrer 13 in i polyesterstrålen 14 som riktas mot formen 5'.Example 2 (Figure 2) The air bubbles are mixed as in Example 1 with stirrer 2 'in the container 1' with polyester of the corresponding kind. After the air bubble mixing, the material is pumped with pump 10 to a material applicator 11, e.g. a spray gun of known type. On the gun, a similarly known cutter l2, e.g. a fiberglass cutter, be mounted. By means of the cutter, chopped fibers 13 are thrown into the polyester jet 14 which is directed towards the mold 5 '.

Hårdare, t.ex. peroxider, till polyestern tillföres från en behållare 15 och blandas i pistolen ll med polyestern på känt sätt. Härdaren kan alternativt blandas med strålen utanför istolen.Harder, e.g. peroxides, to the polyester are supplied from a container 15 and mixed in the gun 11 with the polyester in a known manner. The hardener can alternatively be mixed with the jet outside the ice chair.

P Vid icke armerade färdigprodukter är kuttern icke aktiverad eller kan utgå.For non-reinforced finished products, the cutter is not activated or can be removed.

Sprutning på form kan ske vid atmosfärstryck eller i undertryck inuti en undertryckskamare 9 enligt figuren 1, varvid kammaren vid sprutning i kammaren även är försedd med materialappliceringsorgan och ev kutter- utrustning. Härdning sker enligt exemplet l. Även i detta fall kan sandwichkonstruktion framställas, varvid distansmaterialet härdas i undertryck och täckskikten företrädesvis i atmosfärsstycket. -_ Vid armering av produkten erhålles en produkt med jämförelsevis mycket goda egenskaper. Vid inblandning av t.ex. 30 viktsprocent huggna fibrer (glasfibrer) och en densitet på ca 800 kg/m3 vilket skall jämföras med 1500 kg/m3 för icke skumade produkter erhålles en böjhållfasthet av ca 22 MPa, en E-modul vid böjning av ca 1000 MPa och en tryckhållfasthet av ca 14 MPa. Rent allmänt kan nämnas att armeringsgraden kan väljas mellan 10-40 viktsprocent, företrädesvis 20-30 viktsprocent. 8304871-0 Härdning sker enligt exempel l.Injection molding can take place at atmospheric pressure or in negative pressure inside a negative pressure chamber 9 according to Figure 1, whereby the chamber when sprayed in the chamber is also provided with material application means and possibly cutting equipment. Curing takes place according to example 1. Also in this case, sandwich construction can be produced, whereby the spacer material is cured in negative pressure and the cover layers are preferably in the atmosphere piece. -_ When reinforcing the product, a product with comparatively very good properties is obtained. When mixing e.g. 30% by weight of chopped fibers (glass fibers) and a density of about 800 kg / m3 which is to be compared with 1500 kg / m3 for non-foamed products, a bending strength of about 22 MPa, an E-modulus at bending of about 1000 MPa and a compressive strength of about 14 MPa. In general, it can be mentioned that the degree of reinforcement can be chosen between 10-40% by weight, preferably 20-30% by weight. 8304871-0 Curing takes place according to example 1.

Figur 3 visar exempel på en sandwichkonstruktion där distansmaterialet (kärnan) angivits med 26, täckskikten med 17 och l8 samt distansmateria- lets expanderade bubblor med 19. Fiberarmeringar har índikerats med 20.Figure 3 shows examples of a sandwich construction where the spacer material (core) is indicated by 26, the cover layers by 17 and l8 and the expanded bubbles of the spacer material by 19. Fiber reinforcements have been indicated by 20.

Som alternativ till polyestern i nämnda exempel kan nämas epoxi eller fenolformaldehyd och därmed kompatibel härdare.As an alternative to the polyester in said example may be mentioned epoxy or phenol formaldehyde and thus compatible hardener.

Uppfinningen är inte begränsad till de i ovan som exempel visade utförings- formerna utan kan underkastas modifikationer inom ramen för efterföljande patentkrav och uppfinningstanken. Således kan inblandningen av luftbubblor (omrörningen), tillsättningen av hårdare, upphällning i form eller på underlag samt härdförlopp (både för distansmaterialet och ev täckskikt) ske i ett och samma utrymme, som utgöres av nämnda undertryckskammare, som ställes under de första och andra trycken allteftersom detta er- fordras för genomförande av uppfinningstanken. Appliceringen av plast- material jämte härdare kan alternativt utföras i undertryck. Hela eller d.lar av tillverkningen kan automatiseras.The invention is not limited to the embodiments shown above as examples, but may be subject to modifications within the scope of the appended claims and the inventive concept. Thus, the mixing of air bubbles (stirring), the addition of harder, pouring into molds or on substrates and curing processes (both for the spacer material and any cover layer) can take place in one and the same space, which consists of said negative pressure chamber, which is placed under the first and second pressures. as this is required for the implementation of the inventive concept. The application of plastic material and hardener can alternatively be carried out under negative pressure. All or part of the production can be automated.

Claims

8304871-0 PATENT REQUIREMENTS

Preferably spacer material (21) intended for sandwich constructions (21, 22, 23) which consists of thermosetting plastic material with a foam structure, characterized in that the foam structure is built up of air bubbles (24) expanded under pressure in order to create a thermosetting plastic material that is free of additives in the form of foaming-effecting chemical and / or physical fuels dissolved in the material.

Spacer material according to claim 1, characterized in that the thermosetting plastic material consists of polyester and the hardener of peroxide.

Spacer material according to claim 1 or 2, characterized in that it is fiber-reinforced, e.g. with chopped glass fibers (25), to 10-40% by weight, preferably to 20-30% by weight

Spacer material according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the density of non-reinforced material is about 170 kg / m 3 and up.

5. Procedure for the production of i.a. the spacer material specified in claim 1 and preferably intended for use in connection with a vacuum chamber (9), characterized in that in a first space (8) which is under a first pressure, preferably the atmospheric pressure, air bubbles are introduced into a hardener-compatible paste material, that plastic material thus provided with air bubbles is applied to a mold (5) or a substrate in the first space or a second space, which in each case preferably consists of said vacuum chamber, that the first and the second space, respectively, are set or is under a second pressure which is substantially less than the first pressure so that air bubbles introduced into the material expand, and that the plastic material is solidified / polymerized under said second pressure in the space concerned for a relatively short solidification time, e.g. 0.5-20 minutes, preferably 5-10 minutes. 8304871-0

A method according to claim 5! characterized in that in thixotropic, preferably unsaturated thermoset material, substantially free of wetting agent, air bubbles are introduced in an amount which in the first pressure is 10-30% by volume and with bubble diameters of the order of 0.1 mm or less, and that the plastic material with or without hardener is applied in a chamber (9) which is then activated to a strong negative pressure, and in the case where the plastic material is applied in the chamber without a hardener, this is added to the chamber.

7. A method according to claim 5 or 6, characterized in that in a container (1) with preferably unsaturated plastic material, e.g. thixotroped lamination polyester which is adjusted by selecting accelerators, inhibitors and hardeners so that rapid formation is obtained after the addition of hardener, a high-speed agitator (2) is activated for incorporating air bubbles into the plastic material, that just before the end of the desired mixing of air bubbles hardener (3) is added, the stirrer is deactivated and the resulting mixture is fed to a mold (5) which is placed in the negative pressure chamber (9) which is then evacuated to reach the second pressure.

Method according to Claim 5 or 6, characterized in that in a container (1 ') with preferably unsaturated plastic material, preferably thixotropically laminated polyester, a high-speed stirrer (2') is activated at atmospheric pressure so that ambient air is mixed in during stirring. , that the material provided with air bubbles is pumped by pump (10) to a material application device (11), e.g. spray gun, and that in or outside a vacuum chamber (9) the material is applied to a mold (l ') by means of said device (ll), and hardener and possibly reinforcement (13) are supplied to the mold together with or separately in relation to that of the air bubbles provided with the plastic material (14), and that when spraying at atmospheric pressure the mold is placed in the chamber and this is activated to generate the second pressure.