SE508393C2 - Förfarande för åstadkommande av en ihålig kropp av fiberarmerad termoplast samt en anordning för genomförandet av förfarandet - Google Patents

Description

508 393 10 15 20 25 30 35 2 Föredragna uttöringsformer av förfarandet respektive anordningen har dessutom något eller några av de i respektive underkrav angivna kännetecknen.

Det uppfmningsenliga förfarandet respektive anordningen har flera fördelar. Genom det uppfinningsenliga förfarandet kan åstadkommas ihåliga kompositkroppar, vilka tål högre temperaturer än kompositer med exempelvis epoxi som matrismaterial och vilka är lättare än dessa. Vidare medger användningen av termoplast enklare och snabbare tillverkning än användning av härdplast, genom att härdningsprocessen elimineras. Produkterna med terrnoplast som matrismaterial har dessutom milj ö- mässiga fördelar då de är återvinningsbara. Produkter av kompositmaterial med termoplastmatris kan dessutom omforrnas efter tillverkning, vilket ej är möjligt med produkter med härdplast som matrismaterial. Vissa termoplaster uppvisar dessutom högre slagseghet än härdplaster och har också generellt bättre korrosions-, flam- och nötningsmotstånd. Vidare är vissa termoplaster geometriskt och termiskt stabila, på grund av att de har en låg koefficient för terrnisk utvidgning. Vissa termoplaster upp- visar också låg ftiktabsorption och utmärkta styvhets- och dämpningsegenskaper.

Detta gör det möjligt att skräddarsy termoplaster för olika applikationer.

Användningen av termoplaster medger lindning med godtyckliga fibervinklar och geodetisk lindning vidare medges, genom förmågan hos termoplastrnatrisen att vid- häfta mot underlaget, icke-geodetisk linding, vilket ej är möjligt med härdplastema och medför att man kan välja fibervinklar som stämmer bättre överens med de hållfasthetskrav som ställs på den färdiga produkten. Förmågan att klibba medför således också att lindning kan ske utan vändskivor om så önskas.

Uppfinningen skall i det efiertölj ande närmare förklaras med hjälp av exempel på uttöringsformer av förfarandet och anordningen och med hänvisning till bifogade ritning som är en schematisk vy av en uppfinningsenlig anordning för genomförande av det uppfinningseriliga förfarandet.

I figuren betecknar 1 generellt en anordning för åstadkommande av en ihålig kropp av fiberarmerad tennoplast. Anordningen innefattar medel 2 för att löpande mata fi-arn ett kontinuerligt fiberknippe 3 från en fiberackumuleringsanordning 4, exempelvis en bobin eller en spole. Lämpliga fibrer kan exempelvis vara glas-, kol- eller aramid- fibrer.

I en ugn 5 med separat temperaturstyrning Sa finns ett kring en axel styrbart roterbart 10 15 20 25 30 35 508 393 3 kärnformverktyg 6, på vilket den ihåliga kroppen skall formas. Anordningen inne- fattar vidare medel 7, 8, 9 för att löpande värma upp och impregnera ett frarnmatat avsnitt av fiberknippet 3 med en smält termoplast. Uppvärmningsmedlet 7 är inrättat att värma upp avsnittet av fiberknippet 3 till en temperatur, som väsentligen mot- svarar termoplastens smälttemperatur.

Impregneringsmedlen 8, 9 innefattar medel 8 för att åstadkomma en termoplastsmälta och medel 8a för att kontinuerligt tillföra termoplast till termoplastsmältan, exempel- vis i form av en extruder. Vidare finns medel (ej visade) för att kontinuerligt bringa det uppvärmda avsnittet av fiberknippet 3 att passera genom tennoplastsmältan så, att termoplast fås att vidhäfta detta avsnitt av fiberknippet. Impregneringsmedlen 8, 9 innefattar även medel 9 för att löpande pressa in den vidhäflade smälta termoplasten i fiberknippet 3 i form av åtminstone en uppvärmd brytrulle 9a, företrädesvis flera, över vilken fiberknippet 3 är inrättat att passera. Anordningen innefattar vidare ett uppvärnmingsmedel (ej visat), som är inrättat att värma upp pressanordningen 9 till en temperatur, som väsentligen motsvarar terrnoplastsmältans temperatur.

Anordningen uppvisar också medel 10 för att löpande påföra kärnformverktyget det uppvärmda och impregnerade avsnittet av fiberknippet 3 i form av ett med åtrnins- tone ett värmeelement (ej visat) med separat temperaturstyming 10a försett, väsentli- gen toroidformat lindningsmunstycke 10. Genom lindningsmunstyckets utformning krävs inget separat kompakteringsdon. Toroidformen medger också att fiberknippet 3 kan bringas att lämna lindningsmunstycket 10 under godtycklig vinkel. Genom värmeelementet kan lindningsmunstycket 10 värmas upp så, att det förhindras att termoplast stelnar i munstycket och sätter igen detta.

Vid applicering av det uppvärmda och impregnerade avsnittet av fiberknippet 3 på kämformverktyget 6 fmns medel för att löpande styra kärnforrnverktygets rotations- vinkelläge 6a samt lindningsmunstyckets appliceringsläge lOb samt medel (ej visade) för att löpande styra fiberknippets tillförselhastighet och spämiingen i fiberavsnittet.

Anordningen innefattar separata temperaturstyrningsorgan för styrning av såväl ugns- Sa och lindningsmunstyckstemperatur 10a som temperaturen hos termoplast- smältan 8b samt hos uppvärmningsmedlet 7 för avsnittet av fiberlmippet och upp- värmningsmedlet för pressanordningen så, att lärnpliga temperaturer kan erhållas i de olika delarna av anordningen beroende pâ vilket slags terrnoplast och vilka slags fib- 508 393 10 15 20 25 30 35 4 rer som används samt geometrin hos den kropp som framställs. Vidare innefattar anordningen ett separat temperaturstyrrtingsorgan 6b för styrning av käniforrn- verktygets 6 temperatur så, att detta exempelvis kan bringas att anta en temperatur som är lägre än ugnstemperaturen.

Ugnen 5 innefattar också medel 5b för valbar tillförsel av en skyddsgas till dess inre, företrädesvis kväve, för att förhindra oxidation av terrnoplasten på forrnverktyget.

Vid genomförande av det uppfinningsenliga förfarandet för åstadkommande av en ihålig kropp av fiberarrnerad terrnoplast matas ett kontinuerligt fiberknippe 3, t ex glasfibrer, kolñbrer eller aramidfibrer, fram fiån en fiberackumuleringsanordning 4.

Ett avsnitt av det kontinuerliga fiberknippet 3 värms upp och fibrema i avsnittet impregneras med en tennoplast. För impregneringen förs det uppvärmda avsnittet av fiberknippet genom en terrnoplastsmälta 8, vilken kontinuerligt tillförs ytterligare tennoplast. Smält termoplast fås härigenom att vidhäfta detta fiberavsnitt. Fiber- knippet har därförinnan värmts upp till väsentligen samma temperatur som termo- plastsmältari för att medge god vidhäftning av smält termoplast. Därefter får fiber- avsnittet passera åtminstone en uppvärmd pressanordning 9, där det bringas att löpa över åtminstone en brytrulle 9a under det att fiberspänimigen styrs så, att fiberknippet 3 breder ut sig på rullen 9a, varvid den smälta termoplasten pressas in i fiberknippet 3. Pressanordningen 9 värms också upp till väsentligen samma temperatur som termoplastsmältan 8 för att termoplasten skall ha så låg viskositet som möjligt vid impregneringen och därigenom enklare tränga in i fiberknippet 3.

Det impregnerade fiberavsnittet appliceras på ett i en uppvärmd ugn 5 placerat, styrbart roterbart kärnforrnverktyg 6. Kämforrnverktygets rotationsvinkelläge samt fiberavsnittets axiella appliceringsläge och fiberavsnittets tillförselhastighet styrs för åstadkommande av en ihålig kropp med en förutbestämd konfiguration. Ugnstempe- raturen styrs så, att terrnoplasten på kärnformverktyget 6 är viskös under applice- ringen. Kärnfonnverktygets temperatur styrs så, att termoplasten på kämforrnverkty- get 6 börjar stelna närmast detta. Spänningen i ñberavsnittet styrs så, att fibrerna för- blir kontinuerliga och väsentligen utsträckta under genomförandet av förfarandet.

Vid påförsel på kärnforrnverktyget 6 bringas fiberknippet 3 att passera ett mot detta ansatt, uppvärmt, med separat temperaturstyrning lOa försett, väsentligen toroid- format lindníngsmunstycke 10 medelst vilket det på kärnfonnverktyget 6 påförda materialet kompakteras något. 10 508 393 5 Påtörsel på kämformverktyget 6 avbryts då den ihåliga kroppen fått förutbestämd konfiguration varefter avsvalningshastigheten hos den ihåliga kroppen styrs med hjälp av en separat temperaturstyrning 5a för ugnen. För att skydda plasten mot oxidation kan en skyddsgas, företrädesvis kväve, tillföras ugnens inre under genom- förandet av förfarandet.

Det är uppenbart för en fackman inom området, att uppfinningen ej är begränsad till den ovan beskrivna utföringsfonnen, utan att den istället kan genomgå modifikationer inom ramen för uppfinningstanken definierad i efierföljande patentkrav. Exempelvis kan man utnyttja den uppfinningsenliga anordníngen för att applicera förimpregnerade fibrer vid kärnformverktyget för att åstadkomma en kropp av fiberarmerad termoplast.

Claims (1)

1. 508 393 10 15 20 25 30 35 Patentkrav Förfarande för åstadkommande av en ihålig kropp av fiberarmerad termoplast, k ä n n e t e c k n at därav, att det innefattar: frammatning av ett kontinuerligt fiberknippe (3); förbehandling av ett avsnitt av det kontinuerliga fiberknippet (3) så, att detta avsnitt uppvisar en impregnering av smält termoplast; applicering av det impregnerade fiberavsnittet på ett i en ugn (5) placerat, kring en axel styrbart _ roterbart kärnforrnverktyg (6); styrning av kämfonnverktygets rotations- vinkelläge samt fiberavsnittets axiella appliceringsläge och flberavsnittets tillför- selhastighet för åstadkommande av en ihålig kropp med en förutbestämd konfi- guration; styrning av ugnstemperaturen så, att termoplasten på kärnformverlcty- get (6) är viskös under appliceringen; styrning av spänningen i fiberavsnittet så, att fibrerna förblir kontinuerliga och väsentligen utsträckta under genomförandet av förfarandet. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n at därav, att förbehandlingen omfattar uppvärmning av ett avsnitt av det kontinuerliga fiberknippet (3) och impregnering av fibrerna i avsnittet med en termoplast. Förfarande enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n at därav, att det uppvärmda avsnittet av fiberknippet (3) för irnpregneringen förs genom en termoplastsmälta (8), vilken kontinuerligt tillförs ytterligare termoplast (8a), varigenom smält termoplast bringas att vidhäfta detta avsnitt varefter det bringas att passera åtminstone en uppvärmd pressanordning (9), varigenom smält termoplast pressas in i fiberknippet. Förfarande enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a t därav, att det med termo- plast vidhäftade avsnittet av fiberknippet (3) i pressanordningen (9) bringas att löpa över åtminstone en bryn-alle (9a) under det att fiberspäninngen styrs så, att fiberknippet (3) breder ut sig på brytrullen (9a) varvid plasten pressas in i fiber- knippet (3). Förfarande enligt något av patentkraven 3 eller 4, k ä n n e t e c k n a t därav, att fiberknippet (3) och pressanordningen (9) värms upp till väsentligen samma temperatur som termoplastsmältan (8). 10 15 20 25 30 35 10. 11. 12. 508 393 7 Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n at därav, att det kontinuerliga fiberknippet (3) är förimpregnerat med terrnoplast och för-behandlingen omfattar uppvärmning av ett avsnitt av det kontinuerliga förimpregnerade fiberknippet (3) till en temperatur väsentligen motsvarande termoplastens smälttemperatur. F örfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n at därav, att fiberknippet (3) vid påförsel på kärnforrnverktyget (6) bringas att passera ett mot detta ansatt uppvärmt, med separat temperaturstyming (10a) försett, väsentligen toroidformat lindningsmunstycke (10). Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t därav, att kärnformverktygets temperatur vid påförsel styrs med hjälp av en separat temperaturstyrning (6b). F örfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n at därav, att påförsel på kärnfonnverktyget (6) avbryts då den ihåliga kroppen fått förutbe- stämd konfiguration varefter avsvalningshastigheten hos den ihåliga kroppen styrs med hjälp av en separat temperaturstyrning (Sa) för ugnen (5). Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n at därav, att en skyddsgas, företrädesvis kväve, tillförs ugnens inre. Anordning för åstadkommande av en ihålig kropp av fiberarmerad termoplast, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innefattar: medel (2) för att löpande mata fram ett kontinuerligt fiberknippe (3); en ugn (5) med separat temperaturstyrning (5a); ett i ugnen (5) placerat, kring en axel styrbart roterbart kärnfonnverktyg (6); medel för att löpande förbehandla ett fi-ammatat avsnitt av fiberknippet (3) så, att detta avsnitt uppvisar en irnpregnering av smält termoplast; medel för att löpande påföra kärnforrnverktyget (6) det med smält termoplast impregnerade avsnittet av fiberknippet (3); medel för att vid påförande av det med smält termoplast impregnerade avsnittet av fiberknippet på käinfonnverktyget (6) löpande styra rotationsvinkelläge hos detta samt påförselrnedlens applicerings- läge och fiberknippets tillförselhastighet och spänningen i fiberavsnittet samt ugnens temperatur. Anordning enligt patentkrav 11, k ä n n e t e c k n a d därav, att förbehand- lingsmedlen innefattar medel för att värma upp och impregnera ett frammatat 508 393 10 15 20 25 30 35 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 8 avsnitt av fiberknippet med en smält termoplast. Anordning enligt patentkrav 12, k ä n n e t e c k n a d därav, att impregnerings- medlen innefattar: medel (8) för att åstadkomma en terrnoplastsmälta; medel (8a) för att kontinuerligt tillföra tennoplast till termoplastsmältan; medel för att kon- tinuerligt bringa det uppvärmda avsnittet av fiberknippet (3) att passera genom tennoplastsmältan så., att tennoplast bringas att vidhäfta detta avsnitt samt medel (9) för att löpande pressa in den vidhäftade smälta termoplasten i fiberknippet (3)- Anordning enligt patentkrav 13, k ä n n e t e c k n a d därav, att medlen (9) för att pressa in termoplast i fiberknippet (3) innefattar åtminstone en uppvärmd brytrulle (9a), över vilken fiberknippet (3) är inrättat att passera. Anordning enligt något av patentkraven 13 eller 14, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innefattar uppvärmningsmedel, vilka är inrättade att värma upp avsnittet av fiberknippet och pressanordningen till en temperatur väsentligen motsvarande terrnoplastsmältans temperatur. Anordning enligt patentkrav 11, k ä n n e t e c k n a d därav, att förbehand- lingsmedlen innefattar medel (7) fór att värma upp ett avsnitt av ett med termo- plast fórimpregnerat fiberknippe till en temperatur väsentligen motsvarande termoplastens smälttemperatur. Anordning enligt något av patentkraven 11 till 16, k ä n n e t e c k n a d därav, att såsom medel för att löpande páföra kärnforrnverktyget det uppvärmda och impregnerade avsnittet av fiberknippet är anordnat, ett med åtminstone ett värmeelement med separat temperaturstyming (10a) försett, väsentligen toroid- format lindningsmunstycke (1 0). Anordning enligt något av patentkraven 11 till 17, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innefattar separata temperaturstyrningsorgan (Sa, 10a, 8b, 7a, 9b) för styrning av såväl ugns- och lindningsmunstyckstemperatur som temperaturen hos termoplastsmältan sarnt det uppvärmda avsnittet av fiberknippet och press- anordningen. Anordning enligt något av patentkraven 11 till 18, k ä n n e t e c k n a d därav, 20. 508 393 9 att den innefattar medel för att bibringa kärnforrnverktyget (6) en önskad temperatur samt ett separat temperaturstyrningsorgan (6b) för styrning av kärn- formverktygets temperatur. Anordning enligt något av patentkraven 11 till 19, k ä n n e t e c k n a d därav, att ugnen (5) innefattar medel (5b) för tillförsel av en skyddsgas, företrädesvis kväve, till dess inre.