WO1997002131A1 - Verfahren, vorrichtung und armierung von faserarmierten kunststoffteilen - Google Patents

Verfahren, vorrichtung und armierung von faserarmierten kunststoffteilen Download PDF

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    • B29K2105/206—Meshes, lattices or nets

Definitions

  • Highly stressed plastic parts are used to increase their strength with fibers or fibrous materials, e.g. Glass fibers, carbon fibers or textile fibers reinforced.
  • the hand laying process (laminating process) is known and very versatile.
  • resin-impregnated fibers in the form of mats, fabrics, nonwovens or tapes etc. are overlapped on a negative mold and cured.
  • this method is very labor intensive and costly.
  • the present invention has for its object to provide a method for producing a reinforcement, a reinforcement and a fiber-reinforced plastic to create a product that combines the advantages of the aforementioned processes, reinforcements and products. This object is achieved by the combinations of features of the claims.
  • 1 is a plan view of a gauge with reinforcing bars
  • FIG. 1 and 2 show the production of a reinforcement grid 1 for a grating.
  • a teaching 2 consisting, for example, of a flat plate 3 and pins 4 projecting vertically thereon, a first layer 5 of fiber-reinforced plastic rods is provided 6 laid.
  • the rods 6 are positioned by the pins 4, are parallel to one another and have a regular spacing from one another.
  • the rods 6 have a high fiber content of over 60% of e.g. Fiberglass.
  • the rods 6 are preferably produced by pulling glass fiber rows through a bath of liquid, U-V-active synthetic resin and then through several, constantly narrowing perforated screens, in which the superfluous synthetic resin is stripped off and the fibers are optimally wetted. After the last aperture, the strand is exposed to strong UV light so that the synthetic resin hardens. After a take-off device, the continuously drawn, finished, glass-fiber-reinforced plastic rod is cut to the desired length by means of a cutting device. Because the glass fibers are under tension during the hardening of the synthetic resin, the unidirectionally oriented fibers in the finished rod 6 are exactly straight and biased. This ensures a very high level of strength and rigidity. A glass fiber content of around 73% can be achieved with this process.
  • a second layer 7 of bars 6 is placed crosswise, which are also positioned by pins 4, are oriented perpendicular to the bars 6 of the first layer and are also at a regular distance from one another.
  • a third layer 8, which is congruent with the first layer 5, is applied to the second layer 7 and placed on top of this a fourth layer 9 of rods 6, which is congruent with the second layer 7.
  • the number of layers to be laid depends on the bar diameter and the thickness of the grating to be produced.
  • Several thin rods can also be placed next to each other per layer and web, or the rods 6 can have a rectangular cross section. This can improve the connection at the crossing points.
  • the above process can be automated in that the rods 6 are inserted mechanically into the gauge and the dripping of synthetic resin is carried out by means of a carriage which can be shifted via the gauge with a series of valve-controlled outlet openings for the synthetic resin.
  • a frame 17, which determines the outer shape of the grating to be produced, is clamped onto a horizontal, flat table 15 of a casting station 16 which is movable in the longitudinal direction.
  • a measured amount of liquid synthetic resin is filled into the frame 17 in accordance with the resin volume of the grating to be produced.
  • the reinforcement grid 1 is then inserted into the frame 17.
  • the table 15 is moved under a shaped element 18.
  • the shaped element 18 consists of a welded grid made of square steel tubes 19.
  • tubes 19 rectangular, prismatic, hollow GRP molded bodies 22 are held by tubes 25 with rubber suction cups 23 at regular intervals in accordance with the grid dimension of the reinforcement grid 1 and precisely positioned, for. B. by linear contact with attached to the tubes 25 fins 26 (Fig. 4).
  • the moldings have a smooth inner wall and a bottom 24 and serve as form-giving formwork which is made from the same synthetic resin and glass rowing using a steel press mold under the action of heat.
  • the polymerization is then carried out by the accelerators and hardeners added to the liquid synthetic resin.
  • the rubber suction cups 23 are loosened, so that the shaped element 18 is lifted off the table 15 by means of a cylinder unit 30 and the grating with the permanently connected formwork and reinforcing grating 1 enclosed therebetween is removed from the frame 17.
  • the demolding can take place before the synthetic resin has fully hardened.
  • the grate is placed on a flat surface. To accelerate this hardener, the pad can pass through an oven. After complete curing, the upper and lower sides of the grate are ground flat.
  • the reinforcement is manufactured as a complete semi-finished product regardless of the casting process and can be stored temporarily. As a result, both the casting station and the device for producing the reinforcement can be optimally utilized.
  • the shaped bodies 22 are prismatic. As a result, the side walls of the grate bars are parallel. The grids can therefore be used equally on both sides.
  • the mold can be removed shortly after the resin has gelled. The complete polymerization takes place outside the mold, which enables a high work rate. According to the described process, grates (structural panels) that are closed on one side can be produced with the same system.
  • Different patterns can be created by coloring the formwork and the filling resin differently.
  • the edges of the grate webs are reinforced by the fiber-reinforced molded body 22. This increases the impact resistance.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

In einer Lehre werden unidirektional faserarmierte Kunststoffstäbe (6) in mehreren Schichten kreuzweise übereinandergelegt und an den Kreuzungspunkten zu einem Armierungsgitter (1) miteinander verbunden. Das Gitter (1) wird zusammen mit flüssigem Kunstharz in eine Giessform (15, 17) eingebracht. In die Giessform (15, 17) wird ein Formelement (18) mit hohlen Formkörpern (22) abgesenkt. In jede Gitteröffnung des Gitters (1) taucht einer der Formkörper (22) und verdrängt den Kunstharz. Nach dem Aushärten des Kunstharzes werden die Formkörper (22) durch Druckausgleich von den Gummisaugnäpfen (23) gelöst, das Formelement (18) angehoben und der fertige Gitterrost aus der Form (15, 17) entfernt. Die Formelemente bleiben als verlorene Form im Gitterrost unlösbar verbunden. Die überstehenden Formelemente werden abgeschliffen. Dadurch können Gitterroste hoher Festigkeit hergestellt werden. Die vorgefertigte Armierung (1) eignet sich auch zur Verstärkung anderer Kunststoffprodukte.

Description

VERFAHREN, VORRICHTUNG UND ARMIERUNG VON FASERARMIERTEN
KUNSTSTOFFTEILEN
Hochbelastete Kunststoffteile werden zur Erhöhung ihrer Festigkeit mit Fasern oder faserartigen Stoffen, z.B. Glasfasern, Kohlfasern oder Textilfasern armiert.
Bekannt sind die Verfahren zur Herstellung von Rohren und Profilen nach dem Wickel-, Schleuder- oder Ziehverfahren.
Für kleinere Stückzahlen, aber auch für sehr komplizierte Teile ist das Handauflegeverfahren (Laminierverfahren) bekannt und sehr vielseitig. Bei diesem Verfahren werden harzgetränkte Fasern in Form von Matten, Geweben, Vliesen oder Bändern etc. überlappend auf eine Negativform aufgelegt und ausgehärtet. Diese Methode ist aber sehr arbeitsintensiv und kostspielig.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Armierung, eine Armierung sowie ein faserarmiertes Kunststoff- produkt zu schaffen, welche die Vorteile der zuvor erwähnten Verfahren, Armierungen und Produkte in sich vereinigen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombinationen der Ansprüche gelöst.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 einen Grundriss einer Lehre mit Armierungsstäben,
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Armierung,
Fig. 3 eine Vorrichtung zur Herstellung von Gitterrosten,
Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Formkörper,
Fig. 1 und 2 zeigen die Herstellung eines Armierungsgitters 1 für einen Gitterrost. In einer Lehre 2 bestehend z.B. aus einer ebenen Platte 3 und darauf senkrecht abstehenden Stiften 4 wird eine erste Schicht 5 von faserarmierten Kunststoffstäben 6 gelegt. Die Stäbe 6 werden durch die Stifte 4 positioniert, sind parallel zueinander und haben voneinander einen regelmässigen Abstand.
Die Stäbe 6 haben einen hohen Faseranteil von über 60 % von z.B. Glasfasern. Die Stäbe 6 werden vorzugsweise dadurch hergestellt, dass Glasfaserrowings durch ein Bad von flüssigem, U-V-aktivem Kunstharz und anschliessend durch mehrere, stetig verengte Lochblenden gezogen werden, in welchen der überflüssige Kunstharz abgestreift wird und die Fasern otimal benetzt werden. Nach der letzten Blende wird der Strang starkem U-V-Licht ausgesetzt, so dass der Kunstharz aushärtet. Hinter einer Abzugsvorrichtung wird der kontinuierlich abgezogene, fertige, glas¬ faserarmierte Kunststoff stab mittels einer Abschneidevorrichtung auf die gewünschte Länge abgelängt. Weil die Glasfasern während der Aushärtung des Kunstharzes unter Spannung sind, sind die unidirektional orientierten Fasern im fertigen Stab 6 genau geradlinig und vorgespannt. Dadurch wird eine sehr hohe Festigkeit und Steifikgkeit erreicht. Mit diesem Verfahren kann ein Glasfaseranteil von etwa 73 % erreicht werden.
Auf dieser Schicht 5 wird kreuzweise eine zweite Schicht 7 von Stäben 6 gelegt, die ebenfalls durch Stifte 4 positioniert, senkrecht zu den Stäben 6 der ersten Schicht orientiert sind und ebenfalls einen regelmässigen Abstand voneinander haben. Auf die zweite Schicht 7 wird eine zur ersten Schicht 5 deckungsgleiche dritte Schicht 8 und auf diese eine zur zweiten Schicht 7 deckungsgleiche vierte Schicht 9 von Stäben 6 gelegt. Die Anzahl der zu legenden Schichten richtet sich nach dem Stabdurchmesser und der Dicke des herzustellenden Gitterrostes. Pro Schicht und Steg können auch mehrere dünne Stäbe nebeneinandergelegt werden oder die Stäbe 6 können einen rechteckigen Querschnitt haben. Dadurch kann die Verbindung an den Kreuzungspunkten verbessert werden.
An sämtlichen Kreuzungspunkten der Stäbe 6 wird etwas flüssiger Kunstharz 9 z.B. durch Auftropfen angebracht und z.B. mit U-V-Bestrahlung ausgehärtet. Nun kann das fertige Armierungsgitter 1 aus de Lehre 2 entnommen werden.
Der obige Vorgang kann automatisiert werden, indem die Stäbe 6 maschinell in die Lehre eingelegt werden und das Auftropfen von Kunstharz mittels eines über die Lehre programmgesteuert verschiebbaren Wagens mit einer Reihe von ventilgesteuerten Auslassöffnungen für das Kunstharz erfolgt.
Auf einen in Längsrichtung beweglichen, horizontalen, ebenen Tisch 15 einer Giesstation 16 ist ein Rahmen 17 aufgespannt, der die Aussenform des herzustellenden Gitterrostes bestimmt. In den Rahmen 17 wird eine abgemessene Menge flüssigen Kunstharzes entsprechend dem Harzvolumen des herzustellenden Gitterrostes eingefüllt. Hierauf wird das Armierungsgitter 1 in den Rahmen 17 eingelegt. Der Tisch 15 wird unter ein Formelement 18 verschoben. Das Formelement 18 besteht aus einem verschweissten Gitter aus Vierkant-Stahlrohren 19.
Auf den Rohren 19 sind in regelmässigen Abständen entsprechend dem Rastermass des Armierungsgitters 1 im Querschnitt rechteckige, prismatische, hohle GFK-Form- körper 22 durch Rohre 25 mit Gummisaugnäpfen 23 gehalten und genau positioniert, z. B. durch linienformigen Kontakt mit an den Rohren 25 angebrachten Rippen 26 (Fig. 4).
Die Formkörper haben eine glatte Innenwand und einen Boden 24 und dienen als formgebende Schalung welche aus dem gleichen Kunstharz und Glasrowing hergestellt wird mit Hilfe einer Stahl pressform unter Einwirkung von Wärme.
Durch die den flüssigen Kunstharz zugesetzten Beschleuniger und Härter erfolgt anschliessend die Polymerisation. Nach dem teilweisen Aushärten des Kunstharzes werden die Gummisaugnäpfen 23 gelöst, so dass das Formelement 18 mittels eines Zylinderaggregates 30 vom Tisch 15 abgehoben und der Gitterrost mit der unlösbar verbundenen Schalung und dazwischen eingeschlossenen Armierungsgitter 1 aus dem Rahmen 17 entfernt.
Wegen der im Gitterrost verbleibenden Schalung 22 kann die Entformung bereits erfolgen, bevor der Kunstharz vollständig ausgehärtet ist. Zur vollständigen Aushärtung wird der Rost auf eine flache Unterlage gelegt. Zum Beschleunigen, dieses Aushärters kann die Unterlage einen Ofen durchlaufen. Nach der vollständigen Aushärtung, wird die obere und untere Seite des Rostes plangeschliffen.
Die mit dem beschriebenen Verfahren hergestellten Gitterroste haben gegenüber bekannten Rosten erhebliche Vorteile:
• Die Glasfasern sind gerichtet, gebündelt und vorgespannt und in diesem Zustand mit Kunststoff fixiert, was eine sehr hohe und konstante Festigkeit ergibt.
• Die Armierung wird unabhängig vom Giessvorgang als komplettes Halbfabrikat hergestellt und kann zwischengelagert werden. Dadurch können sowohl die Giessstation als auch die Vorrichtung zur Herstellung der Armierung optimal ausgelastet werden.
• Durch die genaue Herstellung der Armierung in einer Lehre werden beim Giessen in der Form alle Armierungsstäbe mit flüssigem Kunstharz umgeben. Somit sind keine Glasfasern an der Oberfläche sichtbar.
• Durch die Art des Giessvorgangs (Senken und Heben des Formelementes 18 relativ zum Tisch 15) wird der flüssige Kunstharz von unten durch die Armierung gedrückt und die Luft ausgestossen.
• Die Formkörper 22 sind prismatisch. Dadurch sind die Seitenwände der Roststege parallel. Die Roste können somit auf beiden Seiten gleich verwendet werden.
• Durch die verlorene Form kann der Rost sehr leicht entnommen werden.
• Das Entformen kann schon kurz nach dem Gelieren des Kunstharzes erfolgen. Das vollständige Polymerisieren erfolgt ausserhalb der Form, was einen hohen Arbeitsakt ermöglicht. Nach dem beschriebenen Verfahren können einseitig geschlossene Roste (Strukturplatten) mit der gleichen Anlage hergestellt werden.
Durch das unterschiedliche einfärben der Schalung und des Füllharzes können verschiedene Muster erzeugt werden.
Durch die faserarmierten Formkörper 22 sind die Kanten der Roststege verstärkt. Dadurch wird die Schlagfestigkeit erhöht.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung einer Armierung für ein faserarmiertes Kunststoff¬ produkt, umfassend die folgenden Schritte:
• in einer Lehre (2) wird eine erste Schicht (5) von im wesentlichen parallel zueinander orientierten, unidirektional faserverstärkten Kunststoffstäben (6) gelegt;
• auf die erste Schicht (5) wird eine zweite Schicht (7) von unidirektional faserverstärkten Kunststoffstäben (6) gelegt, wobei sich die Stäbe (6) der ersten und zweiten Schicht (5,7) kreuzen;
• die Stäbe (6) der ersten und zweiten Schicht (5,7) werden miteinander verbunden; und
• die fertige Armierung (1) wird aus der Lehre (2) entnommen.
2. Armierung für ein faserarmiertes Kunststoffprodukt, bestehend aus mindestens zwei Schichten (5,7) von faserarmierten Kunststoffstäben (6), welche die Stäbe (6) mindestens einer unmittelbar benachbarten Schicht (5,7) kreuzen, wobei die Stäbe (6) aller Schichten (5,7) miteinander verbunden sind.
3. Gitterrost, enthaltend eine Armierung (1) nach Anspruch 2, wobei die Stäbe (6) in jeder Schicht (5,7,8,9) einen gleichmässigen Abstand voneinander haben und pro Stabrichtung mindestens zwei Schichten (5,8;7,9) vorhanden sind, und wobei die übereinander liegenden, zueinander parallelen Stäbe (6) in je einem Kunststoffsteg eingegossen sind.
4. Verfahren zur Herstellung eines faserarmierten Kunststoff-Gitterrostes nach Anspruch 3, umfassend die folgenden Schritte:
• Herstellung eines Armierungsgitters (1) aus kreuzweise übereinandergelegten und aneinander gehefteten, faserverstärkten Kunststoffstäben (6);
• Einbringen von flüssigem Kunstharz in eine Giessform (15,17) bestehend aus einer flachen Platte (15) und einem auf der Platte aufliegenden Rahmen (17);
• Einbringen des Armierungsgitters (1) in die Giessform (15,17);
• Absenken eines Formelementes (18) mit einer Vielzahl von hohlen Formkörpern (22) aus glasverstärktem Polyesterharz relativ zur Giessform (15,17), wobei in jedes Feld des Armierungsgitters (1 ) einer der Formkörper (22) eintaucht;
• Aushärten des Kunstharzes;
• lösen des Formelementes (18) von den Formkörpern (22);
• Anheben des Formelementes (18) relativ zur Giessform (15,17); und
• Entnehmen des Gitterrostes aus der Giessform (15,17).
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, umfassend:
• eine Giessform (15,17) bestehend aus einer Platte (15) und einem Rahmen (17);
• ein relativ zur Giessform (15,17) in Höhenrichtung bewegliches Formelement (18), an welchem in einem regelmässigen Raster nach unten ragende, hohle Form¬ körper (22) mit lösbaren Halteelementen(25) befestigt sind;
• Zentrierelemente (31,32), welche das Formelement (18) relativ zur Giessform (15,17) positionieren; und
• Antriebsmittel (30) zum Absenken und Anheben des Formelementes (22) relativ zur Giessform (15,17).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Formkörper (22) einen ebenen Boden (24) und eine Wand haben, die aussen annähernd prismatisch oder zylindrisch und innen annähernd prismatisch oder zylindrisch ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei in den Innenraum der Formkörper (22) ein starrer Stützkörper (25) mit einem Saugnapf bis an den Boden (24) eingesetzt ist, der die Wand linienformig stützt und den Formkörper (22) genau positioniert.
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