Verfahren zum Herstellen von Formkörpern aus verstärktem Kunstharz
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Formkörpern aus Kunstharz, bei dem vor dem Verformungsvorgang eine Schicht aus mit Kunstharz imprägniertem Verstärkungsmaterial zwischen zwei Deckfolien liegend randseitig eingespannt wird.
Ein Verfahren dieser Art, das zum Herstellen von vorgeformten verzierten Abdeckfolien dient, die auf Tellern und ähnlichen Gegenständen angebracht werden sollen, ist bereits bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird eine mit einer wässrigen Lösung von Phenolformaldehyd-, Harnstoff- oder Melaminkunstharz imprägnierte und dann getrocknete, dünne Faserstoffolie zwischen zwei mit den beiden Teilen einer zweiteiligen Formvorrichtung verbundenen Gummimembranen eingelegt und, zwischen diesen liegend, durch Senken des oberen Formteiles auf den unteren Formteil randseitig festgespannt.
Beide Vorrichtungsteile weisen als Kessel ausgebildete Heizvorrichtungen auf, um die eingelegte Folie bis zum Erweichungspunkt des Imprägnierungskunstharzes zu erhitzen. Nach dem Erweichen der Folie wird diese zusammen mit den an ihr anliegenden Membranen gegen eine im unteren Heizkessel angeordnete formende Fläche gesaugt, was durch Ablassen von Flüssigkeit aus diesem oben durch die untere Membran abgedeckten Kessel bewirkt wird.
Anschliessend wird durch Einführen von Pressluft zwischen die Folie und die obere Membran diese Membran von der Folie abgehoben und gleichzeitig die Folie gekühlt. Nach dem Anheben des oberen Formteiles wird durch Wiederauffüllen des unteren Kessels die untere Membran von der formenden Fläche abgehoben und löst sich dabei von der Abdeckfolie. Um zu erreichen, dass eine auf diese Weise vorgeformte Folie luftblasenfrei ist, wird die untere am Rand des unteren Kessels abdichtend befestigte Membran durch Einfüllen von zusätzlicher Flüssigkeit konkav nach oben gewölbt, wodurch erreicht werden soll, dass beim Schliessen der Form die zwischen den Membranen und der Folie befindliche Luft beim Festspannnen der Folie verdrängt wird.
Es ist ferner ein nach dem sogenannten Gummisackprinzip arbeitendes Verfahren vorgeschlagen, bei dem über eine gewölbte formende Fläche ein mit flüssigem Kunstharz getränktes Laminat aufgebracht wird, das durch eine Kunstharzfolie abgedeckt ist.
Laminat und Folie werden an ihren Rändern luftdicht mit der formenden Fläche verbunden. Anschliessend wird Vakuum an den zwischen der Folie und der formenden Fläche befindlichen, im wesentlichen von dem Laminat ausgefüllten Raum gelegt, und gleichzeitig wird mittels spachtelartiger Werkzeuge von aussen ein Druck auf die Folie ausgeübt, um in dem Laminat vorhandene Luftblasen von der Mitte aus nach dem Rand der formenden Fläche zu drücken, an den die Vakuumleitung angeschlossen ist. Das so von Luftblasen befreite Laminat wird dann bei geeigneten Temperaturen gehärtet.
Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe einer wirtschaftlichen Massenfertigung von Formkörpern, wie Lichtkuppeln, die aus z. B. glasfaserverstärkten, durch Polymerisation aushärtenden Kunstharzen, wie Polyester- oder Epoxyharzen bestehen, sind die vorerwähnten Verfahren ungeeignet.
Grössere mit flüssigen Kunstharzen dieser Art imprägnierte, glasfaserverstärkte Vliese lassen sich nur mit Schwierigkeit auf eine gekrümmte Formfläche aufbringen oder zwischen Gummimembranen einspannen. Auch bieten diese Verfahren keine Gewähr dafür, dass die gesamte Luft aus grossflächigen, mit sich verhältnismässig schnell verfestigenden, kunstharzgetränkten Vliesen restlos entfernt werden kann.
Die Erfindung beschreitet einen anderen Weg, indem vor dem Festspannen ein schichtenförmiger Verbund aus zwei Folien und einer zwischen diesen liegenden Schicht aus mit flüssigem, durch Polymerisation aushärtendem Kunstharz, insbesondere Polyester- oder Epoxyharz, imprägniertem Verstärkungsmaterial gebildet wird, der sich in planem Zustand befindet und luftblasenfrei ist; weiter das randseitige Festspannen des Verbundes vorgenommen wird, während sich das Kunstharz noch in flüssigem oder zähflüssigem Zustand befindet, die anschliessende Verformung durch unmittelbar auf die Seiten des Verbundes einwirkenden unterschiedlichen Druck erfolgt, und der entstandene, mindestens teilweise ausgehärtete Formkörper schliesslich zusammen mit den an den an ihm haftenden Folien aus der Vorrichtung entnommen wird.
Die teilweise Aushärtung des Kunstharzes kann durch Katalysatoren, Beschleuniger undloder Wärme bewirkt werden. Da die Folien nicht mit der Formvorrichtung verbunden sind, lässt sich die verformte Schicht nach Erreichen eines formhaltigen Zustandes bereits dann der Vorrichtung entnehmen, wenn die Schicht an ihren Oberflächen noch nicht so weit ausgehärtet ist, dass die Trennfolien von ihr ohne Beschädigung der Oberflächen abgelöst werden können.
Die nach dem neuen Verfahren ohne Verwendung von komplizierten Vorrichtungen mit beheizten Wasserbädern und mit Druckluftanschlüssen zum Abheben von Membranen hergestellten transparenten Formkörper zeichnen sich insbesondere durch ihre einwandfreien optischen Eigenschaften aus, weil bei dem neuen Verfahren Lufteinschlüsse, durch welche optische Fehlstellen verursacht werden, bereits vor dem Festspannen der Schicht in der Form mit Sicherheit entfernt werden können. Die gewalzten, zu verformenden Zuschnitte lassen sich ferner vor dem Einsetzen in die Form leicht auf Luftblasenfreiheit überprüfen.
Bei einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung wird der in der Formvorrichtung festgespannte Verbund bis zu der gewünschten endgültigen Stichhöhe in den freien Raum gesaugt oder gedrückt. Ein Verformen in den freien Raum, das an sich bei der Verformung von thermoplastischen Kunstharzplatten bekannt ist, die unmittelbar anschliessend durch Pressen ihre endgültige Form erhalten, ist besonders deshalb vorteilhaft, weil grössere Lichtkup peln vielfach Einzelfertigungen sind, die den besonderen Erfordernissen eines bestimmten Gebäudes angepasst werden müssen. Derartige Einzelanfertigungen würden ausserordentlich kostspielig sein, wenn man sie in einer mit einer formenden Fläche versehenen Formvorrichtung formen müsste, weil dann für jede Einzelanfertigung eine formende Fläche der jeweilig benötigten Sondergrösse zu beschaffen wäre.
Für Massenanfertigung ist jedoch ein Formvorgang vorzuziehen, bei dem die Schicht an eine formende Fläche gedrückt oder gesaugt wird.
Bei Verwendung eines Saugdruckes zur Verformung des zwischen den Folien eingeschlossenen, kunstharzgetränkten Verstärkungsmaterials kann zuzätzlich auch der zwischen den Folien liegende Raum unter Unterdruck gehalten werden, um ein festes Anschliessen der Folien an die eingeschlossene Kunststoffmasse zu sichern.
Bei dem neuen Verfahren, das sich insbesondere zum Herstellen grossflächiger Lichtkuppeln eignet, entfällt eine Vorformung, da der Verbund in planem Zustand in die Form eingeführt werden kann. Als Folien werden normalerweise Materialien, wie z. B.
Cellophan (eingetragene Marke), Celluloseacetat, Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Polyester u. a., verwendet, die nach dem Aushärten des Gegenstandes von diesem abgezogen werden können. Anderseits können jedoch auch Folien aus solchen Materialien benutzt werden, die mit dem zu Verwendung kommenden Kunststoff eine feste Verbindung eingehen.
Hierdurch lassen sich die Oberflächeneigenschaften des gewünschten Gegenstandes stark verbessern. So können z. B. bei Verwendung von Polyesterharzen als duroplastischer Kunststoff Folien aus Celluloseacetobutyrat verwendet werden. Als durch Katalysatoren oder Wärme aushärtbare Kunststoffe können z. B. Polyesterharze und Epoxyharze verwendet werden.
Die Erfindung ist in der Zeichnung in verschiedenen Ausführungsformen veranschaulicht, und zwar zeigt:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine in einer Vakuumvorrichtung eingespannte, zwischen zwei Folien eingeschlossene, mit Kunststoff getränkte Glasfasermatte,
Fig. 2 einen Schnitt durch die Vorrichtung gemäss Fig. 1 zur Herstellung einer Kuppel mit runder oder rechteckiger Auflagefläche nach Anlegen des Vakuums,
Fig. 3 eine nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Haube,
Fig. 4 eine Aufsicht auf eine Glasfasermatte mit durch Überlappung verstärkten Rändern,
Fig. 5 den Schnitt einer Vorrichtung bei der der zu formende Körper durch Vakuum gegen eine Form gezogen wird,
Fig. 6 einen Schnitt durch eine mit Überdruck arbeitende Formvorrichtung und
Fig.
7 im Schnitt eine Vakuumfonnvorrichtung, bei der sich in dem zu evakuierenden Raum eine Flüssigkeit befindet.
Gemäss Fig. 1 wird die zwischen den Folien 2 und 3 eingeschlossene, mit Kunststoff getränkte Glasfasermatte 1 zwischen dem Flansch eines Deckels 4 und dem Flansch 5 einer druckdichten Kammer 6 randseitig eingespannt. Die Dichtungsflächen des Deckels und des an der Kammer sitzenden Flansches bilden einen Spannrahmen zur Aufnahme des Randteiles des herzustellenden Formkörpers. In dem in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich die druckdichte Kammer 6, die von einer den Flansch 5 tragenden Wandung 7 und dem Deckel 4 gebildet wird, beispielsweise an der Unterseite des Rahmens. Die Kammer 6 ist durch eine an der Wandung 7 befestigte Leitung 8 mit einer nicht gezeigten Vakuumpumpe verbunden. Beim Arbeiten der Vakuumpumpe wird die Glasfasermatte zusammen mit den Folien in den evakuierten Raum gezogen. Die Vakuumpumpe arbeitet so lange, bis eine gewünschte Stichhöhe, z.
B. die in Fig. 2 gezeigte Stellung, erreicht ist. Bei dieser einfachen Herstellungsart ist kein besonderes Formwerkzeug erforderlich. Je nach der Einstellung des Harzes härtet der Formkörper allein oder unter Wärmewirkung aus. Nach relativ kurzer Zeit kann der Formkörper vom Rahmen abgenommen und nachgehärtet werden. Die Geschwindigkeit der Härtung des Harzes kann durch die Menge und Art der vorher eingerührten Katalysatoren und Beschleuniger festgelegt werden. Die Entfernung des Formkörpers aus der Randeinspannung bietet keine Schwierigkeiten, da die Folien nicht an den Form- bzw. Spannteilen haften. Vor dem Einspannen werden die Glasfaserplatten zwischen zwei hinsichtlich ihrer Zähigkeit richtig eingestellten Folien, z. B. Cellophan -Folien, maschinell oder von Hand getränkt.
Es eignen sich für diesen Zweck sowohl kalthärtende als auch warmhärtende Polyesteroder Epoxyharze.
Das in den Fig. 1 und 2 veranschaulichte Verfahren ist insbesondere für die Herstellung von Lichtkuppeln geeignet, die relativ gleichmässig gewölbt sind und lichtdurchlässig sein müssen. Solche Lichtkuppeln konnten nach den bisher bekannten Verfahren wirtschaftlich nur aus thermoplastischen Materialien, wie z. B. Methacrylaten, hergestellt werden, während das für Lichtkuppeln erforderliche einwandfreie Faserbild sowie eine gleichmässige Form und glatte Oberflächen bisher bei diesen relativ grossen Formkörpern aus glasfaserverstärkten Polyestern nicht erzielt werden konnten. Die durch das beschriebene Verfahren ermöglichte Verwendung von glasfaserverstärkten Polyestern ergibt eine wesentliche Verbilligung in der Herstellung von Lichtkuppeln.
Bei der in Fig. 5 veranschaulichten Ausführungsform einer Vorrichtung erfolgt keine freie Formung des erfindungsgemässen Formkörpers. Vielmehr wird der zu formende Gegenstand unter der Wirkung eines Vakuums gegen eine Matrize 9 gepresst. Die Matrize oder Form 9 ist hierbei mit Bohrungen 10 versehen, welches den Matrizenraum 6a mit dem eigentlichen Vakuumraum 6b verbinden. Die Matte wird nach dem Einspannen zwischen dem Deckel 4 und dem Flansch 5 nach dem Inbetriebsetzen der Vakuumpumpe fest gegen die Matrize 9 angezogen und nimmt eine der Matrize entsprechende Form an.
Fig. 3 und 4 zeigen eine mit dieser Ausführungsform hergestellte Haube und eine zur Herstellung dieser Haube verwendete, am Rande besonders verstärkte Glasfasermatte. Die Glasfasermatte kann ausser am Rande auch an anderen Stellen verstärkt sein, die besonders stark ausgezogen oder in fertigem Zustand verstärkt ausgebildet sein sollen.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann natürlich auch mit einer unter Druck arbeitenden Vorrichtung gemäss Fig. 6 ausgeführt werden. Die zwischen den Folien 2 und 3 eingeschlossene Glasfaserschicht 1 wird hierbei zwischen dem Flansch des Deckels 4 und dem Flansch 5 randseitig über der Matrize 9 eingeklemmt, die wiederum mit Bohrungen 10 versehen ist, um die Räume 6a und 6b miteinander zu verbinden. Der Raum 6b wird durch die Leitung 8 entlüftet. Der obere Rahmenteil 5 ist mit einer Abschlussdecke 11 versehen, durch die ein Stutzen 12 zur Zuführung der Druckluft oder eines sonstigen unter Druck stehenden Mediums hindurchtritt.
In Fig. 7 ist eine Vorrichtung veranschaulicht, bei der eine besonders feine Einstellung der Stichhöhe dadurch erzielt wird, dass aus den Räumen 6a und 6b nicht Luft, sondern Flüssigkeit mittels einer Pumpe abgesaugt wird. Diese Ausführungsform gestattet eine besonders leichte und automatische Regelung der Formgebung.