SE455176B - Forfarande for tillverkning av fiberarmerade foremal - Google Patents

Description

455 176 2 kräver mycket tid och därför medverkar avsevärt till att till- verkningskostnaderna för ett sådant föremål blir höga. Speci- ellt när föremålet har betydande dimensioner och komplicerad form måste hopfästningen med stygn ofta genomföras'för hand på ett relativt tidskrävande sätt. iEtt huvudändamål med föreliggande uppfinning är sålun- da att ange ett förfarande för tillverkning av fiberarmerade material, vilket utmärkes av att det är billigare och lättare att genomföra än tidigare kända förfaranden. Tiden som erfor- dras för att fästa fibröst material på en form eller en stomme före formsprutning med en härdbar substans minskas, och en sa- dan fastsättning av det fibrösa materialet vid formen har ingen ogynnsam inverkan på hållfastheten hos det fibrösa materialet eller det färdiga föremålet. _ Vid tillverkning enligt uppfinningen av ett fiberarme- rat föremål, exempelvis ett flygplanspropellerblad, fäster man fibröst material på en form eller stomme medelst mycket små mängder av ett termoplastlim som anbringas på en yta hos det fibrösa materialet, varigenom skikt av fibröst material kan fästas vid intilliggande skikt genom limbindning med värme och tryck antingen lokalt eller över en stor yta av materialet i stället'för med stygn med ett tràdformigt material. Det fibrö- sa materialet kan utgöras av tyg eller väv i arkform, exempel- vis ett vävt glasfibertyg. Limmet kan utgöras av ett godtyck- ligt, lämpligt termoplastiskt, i smält form bearbetbart lim, exempelvis en polyamid, såsom en nylon-12-sampolymer, i fin- fördelad form likformigt fördelad över en enda yta hos tyget.

Vid tillverkning av flygplanspropellerblad fästs limmet vid glastygets yta i en partikelstorlek inom intervallet 100-400/än (35-l5O mesh) och en mängd av 0,59-5,98 gram per ma tyg, vilken mängd eliminera risken för att termoplastlimmet skall störa flödet av ett härdbart harts som insprutas i det 'fibrösa materialet i en efterföljande operation. p För att uppfinningen skall kunna förstås i sin helhet hänvisas till bifogade ritningar, på vilka fig l är en perspek- tivvy av ett flygplanspropellerblad som utgör ett typiskt exem- pel pà ett fiberarmerat föremål som kan tillverkas enligt det ø-- , 455 176 3 av uppfinningen angivna förfarandet, fig 2 är en tvärsektion av bladet enligt fig l utmed linjen 2-2, fig 3 är en perspek- tivvy som åskådliggör en känd metod för påläggning av ett fibröst material vid formning av den yttersta delen av det i fig l och fig 2 visade bladet, fig 4 är en planvy av det fi- brösa materialet och åskådliggör närvaron av limmet på materia- lets ena yta och fig 5 är en perspektivvy som visar pålägg- ning av fibröst material som bildar det yttre nöljet på det i fig l och fig 2 visade bladet enligt uppfinningen.

Uppfinningen avser ett förbättrat förfarande för till- verkning av fiberarmerade föremål i allmänhet. Uppfinningen kan tillämpas vid tillverkning av fiberarmerade föremål där ett flertal fibrösa ark läggs på varandra i en form och/eller kring ytan på en form. I avsikt att åskådliggöra förfarandet kommer detta att beskrivas i det följande i samband med till- verkning av ett flygplanspropellerblad. Det torde stå klart för en fackman att detta förfarande kan användas med lika stora fördelar vid tillverkning av fiberarmerade föremål med vilken önskad form som helst där man vill fästa torra fibrösa laminat vid en form eller stomme före formsprutning.

Fig l visar ett flygplanspropellerblad som består av en långsträckt del 10 med aerodynamisk utformning och med en yttre spets 12 och en inre bas lä. Den aerodynamiskt utformade delen är fäst vid en kärna 16 som i ett typiskt fall är till- verkad av aluminium eller liknande, varvid kärnan är nästan lika lång som den aerodynamiskt utformade ytan och innefattar ett basparti 20ß medelst vilket bladet är fäst vid ett lämp- ligt nav (icke visat).

I fig 2, som visar en tvärsektion, ser man att bladet innefattar kärnan, vars ytor är överdragna med ett lämpligt lim 20, exempelvis ett härdbart, icke flyktigt, modifierat, flytande epoxilim. Limmet 20 binder främre och bakre skummate- rialdelar 22 resp 24 vid kärnan 16 vid dennas främre och bakre ytor. Delarna 22 och 24 utgörs exempelvis av en av två kompo- nenter bestående semi-förpolymer till ett styvt uretanskum. Så- som är beskrivet mera i detalj i den ovannämnda amerikanska patentskriften formas kärnan 16, i främre och bakre skummate- a. 4551176 4 rialdelarna 22 och 24 och limmet 20 till en bladstomme 1 en formningsprocess, i vilken kärnan 16 överdrages med limmet 20 och placeras 1 en form (icke visad) med en pà lämpligt sätt utformad inre kavitet som också har överdragits med limmet 20 i förväg. Sedan kärnan har införts insprutas ett skumbildande material 1 formen intill kärnans främre och bakre kanter. Ma- terialen 1 formen upphettas sedan så att partiell härdning av limmet 20 uppnås och delarna 22 och 24 bildas. Den av kärna och skummaterial bestående stommen, som innefattar den med lim överdragna kärnan och de på denna fästa skummaterialdelarna, avlägsnas sedan från formen. Bladet fullbordas genom att stom- men omges av ett fibröst material som sedan impregneras med en lämplig plast, såsom ett härdbart harts, genom vakuumform- sprutning för att åstadkomma ett ytskikt (en hud) 26 hos den aerodynamiska profilen. Denna slutliga formningsprocess är be- skriven i detalj i den ovannämnda amerikanska patentskriften.

För att exakta dimensioner skall uppnås vid formning av ytskiktet 26 är det nödvändigt att linda det fibrösa mate- rialet omkring stommen sä slätt som möjligt. Hittills har man i praktiken använt fibröst material 1 form av böjliga ark och anpassat detta fibrösa material efter bladstommen, varvid detta förfarande innefattar olika mätnings-, handklippnings-, prov- nings- och fästningsoperationer av den typ som förekommer då man skall ge en önskad kontur eller form åt ett böjligt, ark- format material. En sådan formgivning är visad i fig 3, där en formhalva 50 av hontyp är àskadliggjord, 1 vilken stommen av kärna och skummaterial och arken av fibröst material är in- förda. Arken inpassas 1 formhalvan 30 så att de fyller ut den kavitet som begränsas av formhalvan och en korresponderande, icke visad formhalva. Ebrmhalvorna monteras sedan samman med den med ark överdragna stommen för insprutning av det härdba- ra hartset 1 det fibrösa materialet.

Man lägger vanligen ett flertal ark av det fibrösa ma- terialet pà varandra i formhalvan 30 innan man inför stommen av kärna och skummaterial. Stommen införs sedan i formhalvan ovanpå arken av fibröst material, vilka sedan var för sig viks över stommen, skärs till och anpassas efter stommen samt fästs Vid denna- I fiå 3 är två fibrösa ark 38 och 40 visade. Såsom 455 176 5 har angivits ovan kan även dessa ark vara framställda av ett godtyckligt fibröst material med lämplig hållfasthet, böjlighet och förlikbarhet med det härdbara harts som se- nare insprutas däri. De fibrösa arken kan exempelvis utgöras av ett vävt glasfibertyg. I fig 5 har skiktet 38 “skräddar- sytts" omkring stommen av kärna och skummaterial genom att överskottsmaterial har skurits bort från arkets kanter och olika delar av arket har skurits bort så att arket kan sve- pas omkring bladstommen utan att några veck eller rynkor upp- står och sedan sys ihop för hand såsom är visat vid 42. Ar- ket 38, skuret och hopsytt på detta sätt, utgör ett åtsmitan- de fodral omkring stommen av kärna och skummaterial och even- tuella underliggande ark. Arket 40 är visat medan det sys ihop med sig självt ovanpå arket 38 efter att ha renskurits utmed omkretsen så att kanterna 44 och 46 bildats, vilka möts längs en rak, längsgående söm. På figuren visas även hur en kilformad bit 48 har skurits ut ur arket 40. De bildade kanter- na skall sys ihop till en söm som utgör en gren från den längsgående sömmen på ett sätt som liknar motsvarande sömmar i arket 38.

Fackmannen torde inse att tillskärning och "skräddar- syning" av varje enskilt ark omkring bladstommen på detta sätt tar i anspråk en avsevärd del av den totala tiden och kostna- den för tillverkning av det fiberarmerade föremålet. Det har varit nödvändigt att sy ihop varje ark för sig för att förhin- dra att arken rör sig då efterföljande ark läggs ovanpå och för att förhindra att arken rör sig när formen tillsluts för den slutliga vakuuminsprutningen av det härdbara hartset i arken. Med föreliggande uppfinning eliminerar man sådan hand- syning, varjämte tiden som åtgår för påläggning av tyget min- skas genom att tygarken på sin ena sida förses med mycket små mängder av ett finfördelat termoplastlim. I fig 4 är en del av ett vävt glasfibertyg visad, vars ena sida har försetts med en mycket liten mängd av ett termoplastlim 50, exempelvis en po- lyamid. Ehuru en nylon-12-sampolymer används i den föredragna utföringsformen är uppfinningen givetvis inte begränsad till detta, utan ett godtyckligt termoplastlim som har lämplig 455 176 6 smältpunkt och som är förlikbart med den härdplast och det fibrösa material som används i det yttre skiktet 26 kan ut- nyttjas. Termoplastlimmet anbringas på arket med den minsta mängden som erfordras för att arket skall fästas vid en intilliggande tygarkyta med en bindning som är tillräckligt stark för att förhindra relativrörelse hos arken då de pla- ceras pà varandra inuti formen och då formen tillsluts. Lim- met behöver inte förläna det fiberarmerade föremålet håll- a fasthet, utan sådan hållfasthet åstadkommes genom att arkma- terialet blir mättat med den sedermera insprutade härdplasten.

Dà arkmaterialet utgörs av ett vävt glasfibertyg och det fi~ berarmerade föremålet är ett propellerblad kan termoplastlim- met 50 anbringas på arkmaterialet i en mängd från 0,59-5,98 gram per mg material i partiklar inom storleksintervallet 100-400/pm (35-150 mesh). Andra mängder och partikelstorle- kar kan emellertid väljas av en fackman pà området beroende på egenskaperna hos det använda fibrösa materialet, geometrin vid påläggningen av det fibrösa materialet och den typ av härdbart konsthartslim som sedan används. Limmet kan anbringas på det fibrösa materialet medelst vilken känd metod som helst. Det fibrösa materialet kan exempelvis tillhandahållas i form av en vävnad eller bana och limpartiklarna anbringas pà vävnaden.

Vävnaden kan givetvis upphettas under paföringen av limmet så att limmet bringas att fastna på vävnaden.

Fig 5 visar formen 30 och den däri anbragta stommen av kärna och skummaterial placerad ovanpå ett antal tygskikt pà det sätt som har beskrivits i samband med fig 3, varvid de båda yttre skikten 58 och 40 àskådliggörs särskilt. Tygskikten läggs ovanpå varandra på så sätt att den yta hos varje skikt som har försetts med lim 50 placeras mot föregående skikt. Så- lunda är den yttre ytan hos varje skikt fri från lim. Skiktma- terialet skärs till på samma sätt som har beskrivits i samband med fig 3. Såsom är visat i fig 4 blir varje tygskikt emeller- tid fäst vid ett intilliggande skikt genom bindning med lim 50.

Limmet aktiveras medelst värme och tryck som åstadkommes genom att man använder sig av ett strykjärn 54. Genom att limmet är anbragt på en enda yta hos skikten kan limmet göras mjukt med y» 4., \l 455 176 7 strykjärnet utan att komma i direktkontakt med strykjärnet, varigenom nedsmutsning av strykjärnet förhindras. Temperatu- ren hos strykjärnet 54 ställs in så, att den överskrider smältpunkten hos det av nylon-12-sampolymer bestående limmet.

Såsom är visat i fig 5 gäller att till skillnad från synings- förfarandet i fig 5, vid vilket varje tygskikt sys fast vid sig självt, fäster strykjärnet 54 varje tygskikt vid det före- gående skiktet med lim (och det första skiktet vid stommen av kärna och skummaterial) med tillräcklig hàllfasthet för att förhindra relativrörelse mellan skikten då dessa läggs på var- andra och då formhalvorna tillsluts innan härdplasten vakuum- formsprutas in i tyget.

Såsom är åskådliggjort i fig 5 medger fästandet av tyg- skikten 58 och 40 på detta sätt att kanten 46 hos skiktet 40 kan vikas tillbaka över skiktet 40 och kan fästas vid kanten 44 med lim med hjälp av strykjärnet 54 innan någon av dessa kanter renskärs. Överskottsmaterialet kan sedan skäras bort samtidigt från båda kantdelarna, varigenom man sparar in en kantrenskärningsoperation vid påläggningen av det fibrösa ma- terialet.

Medan förfarandet enligt uppfinningen ovan har åskåd- liggjorts vid tillverkning av ett propellerblad torde det vara uppenbart för fackmannen, såsom angivits ovan, att förfarandet är lika lämpligt för tillverkning av andra fiberarmerade före- mål, såsom andra komponenter i propellersystem, t ex propeller- navkåpor m m, eller fiberarmerade föremål för andra syften.

Förfarandet har ovan åskådliggjorts med användning av en nylon- 12-sampolymer anbragt på ett vävt glasfibertyg. Emellertid skall det framhållas att andra material kan användas lika väl beroende på egenskaperna hos föremålet som framställs och på det andra material, exempelvis härdplasten, som används vid den efterföljande vakuumformsprutningen. Ehuru ett strykjärn har beskrivits som medel för lokal upphettning av limmet kan någon annan likvärdig metod användas inom ramen för uppfin- ningen, exempelvis upphettade pressar o dyl för upphettning av limmet antingen lokalt eller över en stor del av det fibrö- sa materialet. Uppfinningen är således inte begränsad till den detaljerade beSkPïVflïnEen utan inkluderar snarare alla likvär- 455 176 8 diga modifikationer som ligger nära till hands för en fackman.

Avsikten är att de nu följande patentkraven skall täcka alla modifikatiøner som faller inom uppfinningens sanna ram. ill (lå *L

Claims (8)

1. 455 176 Q PATENTKRAV l. Förfarande för tillverkning av ett Föremål, innefattande en stomme och ett sig till stommens form anslutande Fiberarmerat skal, varvid stommen insveps i oimpreenerat Fíhröst armerinzs- material, som impregneras med ett härdhart lim, varefter det impregnerade armeringsmaterialct härdas, k ä n n e t e c k - n a t av att det fibrösa armerinesmaterialet utaöres av ett flertal ark (38, BO) som läfiqs över varandra nå stommen och fixeras mot stommen och sinsemellan medelst en liten mängd ter- moplastlim (50), som appliceras mellan närlieaande ark (33, H0) resp. mellan stommen och det stommen närlieeande arket, att värme och tryck anbrineas, så att termonlastlimmet (503 fixerar de oimpregnerade arken (38, H0) av Fibröst armerinmsmaterial sinsemellan och mot stommen, varefter de oimnrennerade arken (38, HO) impregneras med hërdbart lim, som slutlieen hërdas.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e n k n a t därav, att värme och tryck appliceras på skilda ställen hos det Fibrösa materialet.

3. Förfarande enlifit krav 1, k ä n n e t e 0 k n a t därav, att värme och tryck appliceras på en vidsträckt del av det Fibrösa materialet. U.

4. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att bíndningen mellan varje ark (H0) och det föregående, intill- liggande arket (38) åstadkommes manuellt med hjälp av ett strykjärn (SM) som hålls vid limmets mjukninastemneratur.

5. Förfarande enliet krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att den päförda mängden lim lieaer inom intervallet från ca 0,59 till ca 5,98 Kram lim per m material.

6. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e Q k n a t därav, att det fibrösa arkformade materialet består av ett vävt elas- fibertyg.

7. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att termoplastlimmet består av ett syntetiskt rolvmert material.

8. Förfarande enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t därav, att det syntetiska polymera materialet består av en nylon-l2- sampolymer.