SE514891C2 - Plastprodukt omfattande en inre kärna samt förfarande för tillverkning därav - Google Patents

Description

Det tekniska området Föreliggande uppfinning hänför sig till en plastprodukt såsom ett pumphölje som användes i en roterande höghastighets-/högtrycks maskin och ett förfarande för tillverkning av en sådan plastprodukt.

Teknikens ståndpunkt Eftersom en högtrycksroterande maskin av detta slag normalt alstrar en stor mängd vibrationer och väsen, är det nödvändigt att delar av den roterande maskinen såsom ett hölje och ett skovelhjul har vibrationsförebyggande egenskaper och bullermins-kande egenskaper. Konventionellt har i syfte att förhindra eller försvaga vibrationer och buller maskindelar tillverkats från vibrationsundertryckande material och/eller bullerskyddande material. Emellertid tenderar volymen hos sådana delar att bli skrymmande, och det är därför svårt att tillverka en del som har en komplicerad uppbyggnad till följd av dålig bearbetbarhet hos de använda materialen. Vidare är det svårt, eftersom frekvenser för dämpning av vibrationer och buller skiljer sig från material till material, att inställa en attenuerande frekvens för en del.

Vidare användes den fiberförstärkta plasten (i vilken glasfibrer eller kolfibrer är blandade med plast) ofta för att tillverka delar av en roterande högtrycksmaskin av ett plastmaterial. I detta fall, om delen har en komplicerad form, då en uppbyggnad av en form för tillverkning av delen också blir komplicerad, är det mycket svårt att forma den komplicerade delen från plasmateria-let.

Föreliggande uppfinning gjordes för att eliminera de ovan nämnda sedvanliga nackdelarna och har såsom ändamål tillhandahållandet av en plastprodukt som är lätt, stark och har utmärkta vibrationsundertryckande och bullerdämpande kännetecken och ett sätt för tillverkning av en sådan plastprodukt, varvid en komplicerad form lätt kan erhållas.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN För att uppnå ovannämnda syfte tillhandahålles enligt den första aspekten av föreliggande uppfinning en plastprodukt omfattande en inre kärna gjord av ett plastmaterial och som har en massiv eller ihålig uppbyggnad, inkluderande en inre kavitet, och ett fiberförstärkt plastskikt bildat på en inneryta och/eller en ytteryta av kärnan.

Vidare är enligt en andra aspekt av uppfinningen i en plastprodukt enligt den första aspekten det fiberförstärkta plastskiktet bildat från en fiberförstärkt förimpregnerad matta.

Enligt en tredje aspekt av uppfinningen tillhandahålles en metod för tillverkning av en plastprodukt som omfattar steg att bilda en inre kärna av massiv form eller en ihålig form som har en inre kavitet genom en fotoformningsteknik, dvs laserstereolitografi eller selektiv lasersintring, att fästa en fiberförstärkt förimpregnerad matta på en inre yta och/eller en yttre yta av kärnan, att tätt bringa den fiberförstärkta förimpregnerade mattan i kontakt med den inre kärnan medelst en vakuumpackningsteknik och att härda den fiberförstärkta förimpregnerade mattan.

I plastdelen enligt föreliggande uppfinning som beskrivits ovan, då det fiberförstärkta plastskiktet bildas på de inre och/eller yt-tre ytorna av den inre kärnan, kan genom ändring av tjockleken av den inre kärnan och/eller det fiberförstärkta plastskiktet en koincidensfrekvens inställas passande. Sålunda kan vibrationer och buller försvagas vid en önskad frekvens, och en plastprodukt som har en Önskad hållfasthet och elasticitetsmodul som är större än dem hos den konventionella produkten kan ställas till förfogande. Koincidensfrekvensen är en frekvens, vid vilken ljudöverföringsförlusten reduceras genom koincidenseffekten.

Genom att använda en fiberförstärkt plast som har en elasticitetsmodul som är högre än den för den inre kärnan såsom det fiberförstärkta plastskiktet kan en belastning verkande på den inre kärnan tillverkad från lågelasticitetsmodulharts reduceras, eftersom en väsentlig del av belastningen uppbäres av det fiberförstärkta plastskiktet eller -skikten.

Vidare bildas enligt tillverkningsmetoden enligt föreliggande uppfinning den inre kärnan från ett hartsmaterial genom en fotoformningsteknik, den fiberförstärkta förimpregnerade mattan fästes vid de inre och/eller yttre ytorna av den inre kärnan, den fiberförstärkta förimpregnerade mattan bringas i intim kontakt med den inre kärnan genom en vakuumförpackningsteknik och sedan härdas hartset. Sålunda kan en plastprodukt som har en komplicerad tredimensionell struktur med de ovan nämnda fördelarna erhållas.

Ovanstående och andra ändamål, kännetecken och fördelar med föreliggande uppfinning blir uppenbara genom följande beskrivning läst tillsammans med de åtföljande ritningarna, i vilka föredragna utföringsformer av föreliggande uppfinning visas medelst illustrativa exempel.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Fig. 1 visar en genomskärning visande uppbyggnaden av ett nedre hölje av en skruvpump tillverkat medelst en tillverkningsmetod i enlighet med föreliggande uppfinning; fig. 2 visar en genomskärning visande uppbyggnaden av den inre kärndelen av det nedre höljet av skruvpumpen enligt figur 1; fig. 3 åskådliggör de allmänna principerna för en fotoformings-metod; fig. 4 visar ett steg i tillverkningen av det nedre höljet av skruvpumpen enligt fig. 1; fig. 5 visar ännu ett steg i tillverkningen av det nedre höljet till skruvpumpen enligt fig. 1; fig. 6 visar ett ytterligare steg i tillverkningen av det nedre höljet till skruvpumpen enligt fig. 1; och fig. 7 är en perspektiwy visande uppbyggnaden av ett pumpskovelhjul tillverkat genom tillverkningsmetoden enligt den föreliggande uppfinningen.

FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER AV UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning skall nu förklaras i förbindelse med en utföringsform därav med hänvisning till de åtföljande ritningarna. I den illustrerade utföringsformen exemplifieras ett hölje till en skruvpump såsom plastprodukt, och ett sådant hölje och tillverkningsmetoden därför kommer att förklaras.

Fig. 1 visar en genomskärning av ett nedre hölje till skruvpumpen. Såsom visas omfattar det nedre höljet 1 en inre kärndel 2 gjord av ett plastmaterial och ett fiberförstärkt plastskikt 3 bildat på inre och yttre ytor av den inre kärndelen 2. Såsom kommer att beskrivas senare bildas det fiberförstärkta plastskiktet 3 av ett förimpregnerat material, dvs laminerat format material, i vilket värmehärdande harts impregneras i en kontinuerlig förstärkande del såsom en matta bildad av förstärkande fibrer, såsom kolfibrer och glasfibrer.

Såsom nämnts ovan genom att det fiberförstärkta plastskiktet 3 intimt bringas i kontakt med och fästes på de inre och yttre ytorna av den inre kärndelen 2, upptages trycket som verkar på de inre och yttre ytorna av det nedre höljet 1 till skruvpumpen av det yttre och inre fiberförstärkta plastskiktet 3, och vibratio ner absorberas av hartset i den inre kärndelen 2. Såsom ett resultat kan vibrationer och buller härrörande från det nedre höljet 1 till skruvpumpen vederbörligen undertryckas.

Därefter skall en metod för tillverkning av det nedre höljet 1 till skruvpumpen förklaras. Fig. 2 visar en tvärsektion av den inre kärndelen av det nedre höljet. Den inre kärndelen 2 bildas av uretanharts genom en välkänd fotoformningsteknik. Fig. 3 visar schematiskt fotoformningstekniken. Såsom visas är en elevator 10 för en höjande/sänkande rörelse anordnad inuti en behållare, som innehåller ett harts i flytande form Q, vilket kan härdas genom bestrålning med ljus, såsom ultraviolett ljus av förutbestämd våglängd. Vidare är konturlinjedata för en inre kärnmodell, vari modellen är uppdelad i skivor till ett flertal tunna skikt eller plattor (som vardera har en tjocklek av "d"), utformade såsom CAD-data och lagrade i en kontrolldel (icke visad).

Först hålles under kontroll av kontrolldelen elevatorn 10 så att en övre yta 10a av elevatorn är belägen under en vätskeyta Qa av hartset i vätskeform med ett avstånd d (motsvarande tjockleken av en uppskivad platta), och hartset i vätskeform härdas genom att bestrålas med ljus, såsom ultraviolett ljus av en förutbestämd våglängd till att bilda en skivad hartsplatta (som har tjockleken d). Sedan sänkes elevatorn 10 med ett avstånd d och därefter härdas hartset i vätskeform Q. Genom upprepning av sådana operationer bildas en laminerad skiktstruktur av skivformade hartsplattor (d^, d2, ..., ^n-k''''? ^n^* ^ detta sätt tillverkas en tredimensionell inre kärndel 2. En komplicerad tredimensionell del kan lätt tillverkas med användning av sådan fotoformningsteknik.

Därefter, såsom visas i fig. 4, fästes ett skikt 4 av förimpregnerad matta på inre och yttre ytor av den inre kärndelen 2 som har den form som visas i fig. 2. Såsom ett exempel bildas den förimpregnerade mattan 4 genom impregnering med epoxiharts av en mattformad förstärkningsdel av kolfibrer. För övrigt är den förimpregnerade mattan 4 inte begränsad till ett sådant exempel utan kan bildas genom impregnering med ett värmehärdande harts, såsom polyesterharts, av en glasfibermatta och genom hållande av det i gelform, så att det förhindras att de häftar vid varandra.

Vidare hålles, såsom visas i fig. 5, den inre kärndelen 2 som har det förimpregnerade skiktet 4 på inner- och ytterytorna, som fästes såsom nämnts ovan, inom en polyetensäck 5, och en mynning 5a i säcken förbindes med en insugningsöppning till en vakuumpump 6. Därefter bringas genom körning av vakuumpumpen 6 till att sänka trycket i polyetensäcken 5 denna i intim kontakt med den förimpregnerade mattan 4 såsom visas i fig. 6, därvid bringande den för impregnerade mattan 4 i intim kontakt med den inre kärndelen 2. Dvs, den inre kärndelen 2 och den förimpregnerade mattan 4 fästad vid de inre och yttre ytorna därav vakuumförpackas i polyetensäcken 5.

Sedan insättes den inre kärndelen 2 vakuumförpackad i polyetensäcken 5, såsom nämnts ovan, i en ugn (inte visad) och upphettas till en förutbestämd temperatur för härdning av det värmehärdande hartset (epoxiharts i den illustrerade utföringsformen) i den förimpregnerade mattan 4. Följaktligen härdas det värmehärdande hartset med resultatet att det förimpregnerade skiktet 4 bildar det fiberförstärkta plastskiktet 3 visat i fig. 1.

På detta sätt tillverkas det nedre höljet 1 till skruvpumpen. Genom ändring av tjockleken av den inre kärndelen 2 och/eller det fiberförstärkta plastlagret 3 som fästs vid de inre och yttre ytorna därav kan en koincidensfrekvens rätt inställas, och sålunda kan vibrationer och buller försvagas vid den förväntade frekvensen. Vidare, med användning av den fiberförstärkta plasten som har en elasticitetsmodul högre än den i den inre kärndelen 2 såsom det fiberförstärkta plastskiktet 3, kan en belastning verkande på den inre kärndelen 2, bildad av harts med låg elasticitetsmodul, reduceras. Därtill, fastän inte illustrerat, kan ett övre hölje till skruvpumpen tillverkas på samma sätt som det undre höljet.

För övrigt, i den illustrerade utföringsformen, då ett exempel i vilket det fiberförstärkta plastskiktet 3 bildas på de inre och yttre ytorna av den inre kärndelen 2 förklarades, kan ett fiberförstärkt plastskikt 3 bildas på antingen en inre yta eller en yttre yta av delen beroende på trycket och vibrationerna som verkar på delen.

Vidare, medan ett exempel på uppbyggnaden och tillverkningsmetoden för höljet till skruvpumpen förklarades i den illustrerade utföringsformen, är den föreliggande uppfinningen inte begränsad därtill såsom ett exempel på en tryckresistentdel, utan kan tillämpas på en godtycklig roterande del. Exempelvis, såsom i ett pumpskovelhjul som visas i fig. 7, kan en roterande del som har tredimensionella skövlar tillverkas med användning av föreliggande uppfinning, varvid en inre kärna formas från ett hartsmaterial till att ha en massiv form eller en ihålig form inkluderande en inre kavitet och ett fiberförstärkt plastskikt bildas på inre och yttre ytor (yttre yta i detta fall) av kärndelen. Dvs, föreliggande uppfinning kan tillämpas på tryckresis-tenta och/eller vibrationsresistenta delar i en roterande maskin som alstrar en stor mängd vibrationer och buller.

Såsom nämnts ovan, avseende plastdelen enligt föreliggande uppfinning, kan de följande utmärkta fördelarna erhållas: (1) Eftersom det fiberförstärkta plastskiktet är bildat på de inre och/eller yttre ytorna av den inre kärnan genom ändring av tjockleken av den inre kärnan och/eller det fiberförstärkta plastskiktet, kan koincidensfrekvensen vederbörligen inställas. Sålunda kan vibrationer och buller försvagas vid en önskad frekvens, och en plastdel som har önskad hållfasthet och elasticitetsmodul som är större än dem för någon del användande ett konventionellt vibrationsundertryckande material kan erbjudas. (2) Med användande av den fiberförstärkta plasten som har elasticitetsmodul högre än den för innerkärnan såsom det fiberförstärkta plastskiktet, kan belastningen som verkar på den inre kärnan bildad av ett harts med låg elasticitetsmodul reduceras. (3) Vidare formas enligt tillverkningsmetoden enligt föreliggande uppfinning den inre kärnan av ett hartsmaterial genom en fotoformningsteknik, en fiberförstärkt för impregnerad matta anbringas på en inre och/eller yttre yta av den inre kärnan, den fiber för-stärkta förimpregnerade mattan bringas i intim kontakt med den inre kärnan genom en vakuumförpackningsteknik och sedan härdas hartset. Sålunda kan en plastdel som har en komplicerad tredimensionell struktur med ovanstående fördelar (1) och (2) lätt bildas.

Claims (11)

1. Plastprodukt omfattande: en inre kärna (2) gjord av ett plastmaterial lämpligt för fotoformningsteknik och bildad genom fotoformningsteknik, vilken inre kärna har en monoli-tisk struktur och en tredimensionell massiv eller ihålig form med utskott som skjuter ut från en yta av den inre kärnan; och ett fiberförstärkt plastskikt (3) bildat på inre och yttre ytor av nämnda kärna.

2. Plastprodukt enligt patentkrav 1, kännetecknad av att nämnda fiberförstärkta plastskikt är bildat från en fiberförstärkt förimpregnerad matta (4).

3. Plastprodukt enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknad av att nämnda fiberförstärkta plastskikt har en elasticitetsmodul högre än den för nämnda inre kärna.

4. Plastprodukt enligt patentkrav 2, kännetecknad av att nämnda fiberförstärkta förimpregnerade matta är en kolfibermatta impregnerad med ett epoxiharts eller en glasfibermatta impregnerad med ett värmehärdande harts och hållen i gelform.

5. Plastprodukt enligt något av patentkraven 1-4, kännetecknad av att nämnda plastprodukt är en komponent i en roterande höghastighets- och högtrycksmaskin.

6. Plastprodukt enligt patentkrav 5, kännetecknad av att nämnda komponent är ett pumphölje eller ett skovelhjul.

7. Förfarande för tillverkning av en plastprodukt omfattande: formning av en inre kärna till att ha en tredimensionell massiv form eller en ihålig form innefattande en inre kavitet genom fotoformningsteknik; fästning av en fiberförstärkt förimpregnerad matta på en inneryta och/eller en ytteryta av nämnda kärna; bringande av nämnda fiberförstärkta förimpregnerade matta i intim kontakt med nämnda inre kärna genom vakuumförpackning av nämnda fiberförstärkta förimpregnerade matta och nämnda inre kärna inom en säck; och härdning av nämnda fiberförstärkta förimpregnerade matta.

8. Förfarande för tillverkning av en plastprodukt enligt patentkrav 7, kännetecknat av att nämnda fiberförstärkta förimpregnerade matta efter härdning har en elasticitetsmodul högre än den hos nämnda inre kärna.

9. Förfarande för tillverkning av en plastprodukt enligt patentkrav 7, kännetecknat av att nämnda fiberförstärkta förimpregnerade matta är en kolfibermatta impregnerad med ett epoxiharts eller en glasfibermatta impregnerad med ett värmehärdande harts och som hålles i gelform.

10. Förfarande för tillverkning av en plastprodukt enligt något av patentkraven 7-9, kännetecknat av att nämnda plastprodukt är en komponent i en roterande höghastighets- och högtryrcksmaskin.

11. Förfarande för tillverkning av en plastdel enligt patentkrav 10, kännetecknat av att nämnda komponent är ett pumphölje eller ett skovelhjul.