Verfahren zum Herstellen von Teilen aus verstärkten Kunststoffen nach denn Vakuumverfahren Mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens ist es möglich, Teile Laus verstärkten Kunststoffen wirschaftlich, in hoher Qualität und mit geringem Aufwand an Vorrichtungen und Betriebsmitteln ,her zustellen.
Die bisher in Verwendung stehenden Vakuum pressverfahren für verstärkte Kunststoffe entspre chen in vieler Hinsicht noch nicht den Erfordernissen.
Beim herkömmlichen Vakuumverfahren wenden Aals Gegenform flexible, dehnbare Folien und/oder Gummitücher verwendet.
Bei Verwendung dieser Materialien :als Gegen form ist es nicht möglich, Teile- mit beidseitig glatten ebenen) Oberflächen herzustellen. Als weiterer Nach teil ist anzuführen: In Ecken und Kehlen legen sich diese Folien nicht vollständig an, Harznester sind die Folge.
Sie beeinträchtigen die Qualität der Form- teile. Diese Folien legen sich unter dem Einfluss des Vakuums verhältnismässig bald an den oberen Kanten der starren Form an und erschweren dadurch den Austritt der Luft aus dem hinter dieser Kante liegenden Teil der Form. Um eine vollständige Ab leitung der Luft zu erreichen, müssten deshalb neben ,diesen flexiblen Folien, die als Teilform dienen, auch noch Trennfolien und poröse Materialien, wie z. B. Jutegewebe, eingelegt werden.
Die Handhabung eines aderartig vielschichtigen Aufbaus ist sehr umständlich. Hinzu kommt noch, dass unter dem Einfluss des Vakuums -sich die Folien erst nach Zurücklegen eines an manchen Stellen besonders grossen Weges ,
an die starre Form anlegen. Dadurch kommt reis leicht zu Verschiebungen der eingelegten verstärkten Schicht. Ein Teil dieser Mängel könnte wohl durch Ver wenden von starren Gegenformen, die mit Hilfe von Folien unter dem Einfluss des Vakuums,an die Haupt form angedrückt werden, behoben werden.
Dennoch ist die Handhabung einer Aussenform, einer starren Innenform, eines Zwischenrahmens, einer elastischen Folie und eines Spannrahmens sehr umständlich und zeitraubend und in vielen Fällen mit den Fertigungs- erfordernissen, die bei der Verarbeitung von duropla- stischen, rasch härtenden Kunststoffen gegeben sind, nicht zu vereinbaren.
Das erfindungsgemässe Verfahren hat diese Nach teile nicht. Es bietet den Vorteil, dass man mit einer starren Aussenschale und einer fast starren Innen- gegenschale arbeiten kann.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Teilen laus verstärkten Kunststoffen im Vakuumverfahren mit .dem Kennzeichen, dass man die Form, die idie eingebrachten Verstärkungsmittel und flüssigen aus- härtbaren Kunststoffe enthält, evakuiert und so lange unter Vakuum hält, bis !der Kunststoffkörper aus- reichend gehärtet ist,
wobei man eine solche Form verwendet, bei der mindestens ein Schalenteil so ausgebildet ist, :dass die Aussenschalen beim Evakuie ren ihren Abstand voneinander .auf eine vorher be stimmte Entfernung verringern.
Die vorliegende Erfindung kann z. B. ausgeführt werden, indem man in eine Unterschale Verstärkungs mittel und flüssige aushärtbare Kunststoffe einfüllt, danach :
die Gegenschale aufsetzt, abdichtet, den Raum zwischen Ober- und Unterschale ,evakuiert und so lange unter Vakuum hält, bis der Kunststoffkörper ausreichend .gehärtet ist, wobei die zur Verwendung kommenden Ober- und Unterschalen @so ausgebildet sind,
dass sie unter dem wechselnden Einfluss des Übendruckes in der Form beteingelegtem Ver- stärkungsmittel und eingefülltem Bindemittel durch Evakuieren des Zwischenraumes zwischen den bei den Schalen ihren Abstand :auf die vorherbestimmte Entfernung verringern.
Die vorher .bestimmte Entfernung der Schalen im Formungsbereich nach -dem Evakuieren wird in üblicher Weis-- durch die Formabmessung bestimmt.
Ein-, Ausführungsform des Verfahrens wird in Beispiel 2 verdeutlicht.
Es war nicht zu erwarten, dass die Verringerung des Abstandes der Schalen von nur wenigen Mini- metern - ;den die beiden Formteile unter dem wechselnd wirkenden Einfluss der vorgelegten Ver stärkungsmittel und aushärtbaren Kunststoffe einer- seits und dem später angelegten Vakuum anderseits zurücklegen - ausreicht, um ein vollständiges Aus füllen der Form mit dem Kunststoff zu erreichen.
Weiterhin hat dieses Verfahren den Vorteil, dass ;das -anfänglich vorhandene tote Luftvolumen inner- halb der geschlossenen Form nur einen Bruchteil des Totvolumens ausmacht, das bei konventionellen Vakuumverfahren entsteht.
Die Wirkung von Vakuum-Ballastgefässen bzw. ;der verwendeten Vakuumpumpe kann ;deshalb viel stärker und in wesentlich kürzerer Zeit voll in Kraft treten.
Das benötigte Vakuum beträgt praktisch etwa 650 bis 730 mm Quecksilbersäule-Unterdruck, kann aber nach oben und unten überschritten wer den. Bevorzugt werden Werte von etwa 700 man Quecksilbersäule-Unterdruck.
Durch die erfindungsgemässe Ausbildung der bei den Formen kann eine gleichmässige Wandstärke eingehalten werden bzw. durch Einarbeiten von Sik- ken In nur einer Formenhälfte ;ein an manchen Stel len erwünschte Materialverstärkung erreicht werden. Der nach diesem Verfahren ;erreichbare Verstär kungsgrad liegt bei Verwendung von Glasfaserma terialien z. B. bei 40-50% Glasgehalt im fertigen Kunststoffteil, während bei den bisherigen Vakuum verfahren nur ein Glasgehalt von 25-30% erzielt werden konnte.
Für die Entformung könnten sowohl am Aussen -als .auch am Innenformteil kleine Stutzen, wie (dies ;die Figuren 5 und 6, Teil 8, zeigen, vorgesehen wer rden, durch die später mit Hilfsmitteln - wie z. B. Wasserdruck - eine einwandfreie und. leichte Ent- formung an beiden Flächen erreicht werden kann.
Als Verstärkungsmittel sind z. B. geeignet: Mat ten und Gewebe z. B. paus Sisal, sowie Textilien, Isoliermatten aus Steinwolle, Jute; bevorzugt wer den Glasmatten und Glasgewebe. Bei der Verwen dung von bindemittelhaltigen Glasmatten ist darauf zu achten, dass nur solche Matten für :das vorliegende Verfahren verwendet werden, deren Bindemittel in dem flüssigen Kunststoff ihre mechanische Festigkeit nicht verlieren.
Als Formmassen können hartbare, flüssige Kunst harze bzw. Mischungen verwendet werden. Als be- sonders geeignet haben sich ungesättigte Polyester harze, Epoxy- und Methylmethacrylatharze erwiesen.
Als Schalenwerkstoffe kommen z. B. in Frage: glasfaserverstärkte Kunststoffe, Thermoplaste, Me tallbleche mit und ohne Schutzüberzügen.
Die Ober- und Unterschalen sind zweckmässig so ausgebildet, dass sie unter dem wechselnden Ein fluss des Druckes in der Form, der durch ;die einge legten Verstärkungsmittel und den eingefüllten flüs sigen aushärtbaren Kunststoff und durch Evakuie rung ;des Zwischenraumes zwischen den beiden Au- penschalen durch Aussendruck entsteht, einen gerin gen Hub gegeneinander haben. Die Ausbildung der vakuumdichten auseinandernehmbaren, z.
B. aus zwei Schalem bestehenden Form besteht erfindungsgemäss ,darin, dass bei mindestens einer Schale ein Abschnitt ,ausserhalb -der zur Formgebung bestimmten Zone so federnd ausgebildet ist, dass die Schalen der Form im gefüllten Zustand nach Anliegen von Va kuum mindestens in oder Füllzone ihren Abstand voneinander auf eine vorher bestimmte Entfernung verringern.
Die Formschalen können in den zur Formung ,dienenden Abschnitten ;die 3m Formbau üblichen Ausführungen und Abmessungen haben. Hierdurch wird .auch die Wandstärke und Entfernung .der Scha len nachdem Evakuieren bestimmt.
Die Formen sind vorteilhaft teilbar ausgebildet, wie dies beispielsweise Fig. 1, Teil 1 als Unter schale und Teil 2 als Oberschale, zeigt. Der Hub der beiden Formschalen kann durch Einbau stark elasti scher Dichtungen etwas erhöht werden, wie in Fig. 1, Teil 3, dargestellt ist. Die erforderliche plastische Abstandsverringerung wird durch eine Verrippung der Formaussenkränze erreicht, wie dies durch Fig. 1, Teil 7, verdeutlicht wird. Man kann auch (die Ab standsverringerung durch entgegengesetzte Ausbil dungen erzielen, wie dies Fig. 3 und 4 in ;den Ab schnitten 7 zeigen.
Selbstverständlich ist auch jede andere mechanische Ausführungsform für die Aus, Führung ;des erfindungsgemässen Verfahrens geeignet, ,die die geschilderte ,einstellbare Abstandsverringe- rung der Formschalen zu erzielen gestattet.
Die zwischen den beiden Schalen tritt jedesmal auf, wenn man bei gDschlos- sener und abgedichteter Form innen Vakuum a nlegt. Damit der .erfindungsgemässe Effekt eintritt, muss die Ober- oder Unterschale so ausgebildet sein, @dass beim Anlegen von Vakuum der für das Verfahren erforderliche Huberfolgt.
Zur Durchführung des Verfahrens ;sind Vakuum- Anlagen mit den dazu erforderlichen Anschlüssen so wie Spannvorrichtungen zur Abdichtung .der Saha- lenhälften brauchbar. Als besonders geeignete Vor richtung hat sich die Vakuumanlage mit flexiblen Schlauchanschlüssen erwiesen.
In der beiliegenden Fig. 1 beispielsweise ist eine Bauart von ;erfindungsgemäss zur Verwendung kom menden Werkzeugschalen dargestellt. Es bedeuten:
EMI0003.0000
1. <SEP> die <SEP> Aussenschale,
<tb> 2. <SEP> die <SEP> Innenschale,
<tb> 3. <SEP> Dichtungen,
<tb> 4. <SEP> Überlaufrinne, <SEP> dient <SEP> auch <SEP> zur <SEP> Erhöhung <SEP> des
<tb> Hubes <SEP> zwischen <SEP> den <SEP> beiden <SEP> Schalen,
<tb> 5. <SEP> Vakuumstutzen,
<tb> 6. <SEP> tunnelförmig <SEP> ausgebildeter <SEP> Ringkanal, <SEP> der <SEP> den
<tb> elastischen <SEP> Hub <SEP> der <SEP> Formermöglicht,
<tb> 7. <SEP> federnder <SEP> Abschnitt <SEP> <I>der</I> <SEP> Form, <SEP> der <SEP> so <SEP> elastisch
<tb> ausgeführt <SEP> sein <SEP> muss, <SEP> dass <SEP> die <SEP> Form <SEP> beim <SEP> Eva kuieren <SEP> den <SEP> durch <SEP> :die <SEP> Formkonstruktion <SEP> vorge sehenen <SEP> Abstand <SEP> :erreicht.
Fig. 1 ,stellt die Form, bestehend aus den Scha len 1 und 2, nach dem Einlegen der Verstärkungs stoffe, dem Einfüllen -des Harzes vor dem Anlegen des Vakuums dicht verschlossen :dar; Fig. 2 zeigt die ,gleiche Form nach dem Anlegen des Vakuums. Es ist deutlich zu entnehmen, dass ,der Abstand der Schalen dann trotz der Füllung verringert ist.
Die Herstellung ;dieser Werkzeugtee kann in einfacher Art aus verschiedenen Materialien, ins besondere aus .glasfaserverstärkten Kunststoffen, vor genommen werden.
Fig. 3 und 4 zeigen, dass die Teile 7 :als. Zufüh rung für die flüssigen härtbaren Kunststoffe sich .an mindestens einer der Formschalen befinden.
<I>Beispiel 1</I> Die beiden Schalenhälften seiner aus glasfaser verstärktem Polyester bestehenden Form wurden vor Beginn mit ,einem Trennmittel - in Chlorkohlenwas serstoff gelöstes Hartwachs - versehen. Danach er folgte der Zuschnitt der phenolharzgebundenen Glas fasermatten, deren Gewicht 450 g pro m2 betrug. Die in die Unterschale trocken eingelegten zwei Zuschnitte ergaben 6-7 mm Stärke. Als flüssiges Material für :die Tränkung wurde :ein ungesättigtes Polyesterharz verwandt, welches durch Vereiterung von Maleinsäureanhydrid, Phthalsäureanhydrid und Propandiol hergestellt war.
Das Harz wurde im Verhältnis 70:30 mit Styrol vermischt und mit Hydrochinon in bekannter Weis stabilisiert. Vor der Verarbeitung wurden auf 100 Teile Harz wei tere 10 Teile Styrol zugegeben. Die Härtung bei einer Temperatur von 20 C :erfolgte :durch Beimi- schung von :etwa 2% :eines organischen .Peroxyds, vorzugsweise eines Hydroperoxydes der Beschaffen heit der Paroxyde des Methylalkylketons und 0,3% eines Beschleunigers auf Basis eines Schwermetall salzes, vorzugsweise der Kobaltsalze, der Octansäure und Naphthensäure.
Der fertiggestellte Ansatz wurde nun in die untere Formschake .eingegossen, und ;die obere Schale wurde aufgesetzt. Nachdem die Ober- und Unter schale luft- und vakuumdicht verschraubt wurden, wird die Form mittels des an ihr vorgesehenen Va kuumstutzens auf 700-730 mm Hg-Säule evakuiert.
Durch den an der Ober- oder Unterschale besonders :dafür ausgebildeten elastischen Ringkanal und den unterschiedlichen Druck innerhalb und .ausserhalb der Formschalen werden die beiden Schalenhälften :genähert, :so dass nun die :eingelegten Mattenzuschnitbe von 6-7 mm Stärke ;auf :die vorgesehene Stärke von 2 mm zusammengepresst werden, wobei das ein gefüllte ungesättigte Polyesterharz die Matten ohne Lufteinschlüsse durchtränkt und gleichzeitig an al len Stellen des Fertigteiles die vorgesehene Wand stärke eingehalten wird.
Die nach dem Aushärten vorzunehmende Ent Formung kann ohne grosse Mühe vorgenommen wer den. Wie die Fig. 5 und 6 zeigen, sind an der Ober- und Unterschale Stutzen 8 vorgesehen, die zur Entformung mit Wasser benutzt werden können und die es ausserdem ermöglichen, das Flüssigmaterial aus ;einem Gefäss, :das ausserhalb der Form steht, in der Form zur Tränkung des Verstärkungsmaterials zu benutzen. Das so erhaltene Produkt hatte einen Glasgehalt von 45 Volumprozent.
<I>Beispiel 2</I> Die beiden Schalenhälften wurden mit einem Trennmittel - einem sogenannten Trennfilm auf der Basis einer wässrigen Lösung von Polyvinylalkohol versehen.
Als Verstärkungsmaterial wurde alkalifreies Glas gewebe verwandt, das in der Kette und im Schuss gleich gewebt war.
Es wurden wie im Beispiel 1 zwei Lagen Gewebe trocken in die Unterschale eingelegt.
Als flüssiges Material wurde ein Epoxyharz mit einem Epoxyäquivalentgewicht von 185-200, be stehend aus einer Mischung von 20 Teilen eines durch Kondensation von Busphenol A und Epichlor- hydrin in alkalischer Lösung :gewonnenen Harzes mit 10 Teilen Butylglycidyläther, im Verhältnis 100: 12 mit Triäthylentetramin vermischt. Die Mischung hat eine Gebrauchsdauer von 40-50 Minuten.
Wie in Beispiel 1 näher beschrieben, konnte auch hier festgestellt werden, @dass durch die tunnelartige, elastische Ausbildung des Ringkanals die Gewebe auf die vorgesehene Wandstärke von 2 mm zusam mengedrückt wurden, die Tränkung gut war sowie die Wandstärken :des Fertigteiles, wie -bei der Her stellung der Formschalen vorgesehen, eingehalten wurden.
Auch bei Verwendung von Epoxyharz .besteht die Möglichkeit, .das Material aus einem :ausserhalb der Formschalen stehenden Gefäss über die Stutzen in der Ober- und Unterschale in die Form einzusau gen.