CZ25664U1 - Mold assembly for vacuum molding of polymeric composite parts - Google Patents

Description

Úřad průmyslového vlastnictví v zápisném řízení nezjišťuje, zda předmět užitného vzoru splňuje podmínky způsobilosti k ochraně podle § 1 zák. č. 478/1992 Sb.The Industrial Property Office does not ascertain in the registration procedure whether the subject of the utility model meets the conditions of eligibility for protection pursuant to Section 1 of Act no. No. 478/1992 Coll.

CZ 25664 UlCZ 25664 Ul

Sestava formy pro vakuové lisování dílců z polymerních kompozitůMold assembly for vacuum molding of polymer composite parts

Oblast technikyTechnical field

Technické řešení se týká sestavy formy pro vakuové lisování dílců z polymerních kompozitů, zejména pak kompozitů na bázi reaktoplastové matrice obsahující dispergované částice alespoň jednoho plniva a/nebo vloženou alespoň jednu vrstvu výztužného materiálu.The invention relates to a mold assembly for vacuum molding of polymer composite panels, in particular thermosetting matrix composites comprising dispersed particles of at least one filler and / or an intermediate layer of at least one reinforcing material.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Technologie vakuového lisování využívající vakuum při výrobě dílců z kompozitů, využívá jednorázovou fólii, která umožňuje aplikaci vakua u jednodílné formy. Jednorázové fólie se většinou vyrábějí z PA (nylonu), PE, Pl a PTFE (zejména pro vysoké vytvrzovací teploty). Materiál se volí podle druhu matrice, teploty použití nebo složitosti výrobku. Při výběru těchto fólii je nutné zohledňovat, zejména chemickou odolnost a kompatibilitu s vakuovanými materiály a matricemi, a technologií stanovený teplotní režim. Tloušťky vakuovacích fólií se pohybují od 25 do 50 pm.Vacuum stamping technology using vacuum to make composite parts utilizes a disposable foil that allows vacuum to be applied to a one-piece mold. Disposable films are mostly made of PA (nylon), PE, Pl and PTFE (especially for high curing temperatures). The material is chosen according to the type of matrix, the temperature of use or the complexity of the product. When selecting these films, it is necessary to take into account, in particular, chemical resistance and compatibility with vacuum materials and matrices, and the technology-specified temperature regime. Vacuum film thicknesses range from 25 to 50 µm.

Při vakuovém lisování pomocí pružných fólií, se používají dva základní způsoby vakuování. První z nich je plošné vakuování, při němž se technologické materiály kladou na jednu stranu formy, a následně pak i vakuové lisování probíhá na této jedné straně formy. Fólie se v tomto případě na formu upevňuje např. pomocí oboustranné těsnící pásky. Tento způsob je ale časově náročný a vyžaduje kvalifikovaný personál, který zvládne poměrně složité upevňování fólie. Po ukončení cyklu navíc putuje fólie i těsnící páska do odpadu.In vacuum molding with flexible sheets, two basic methods of vacuuming are used. The first is surface vacuum, in which the technological materials are laid on one side of the mold, and then vacuum pressing takes place on that one side of the mold. In this case, the foil is fixed to the mold, for example, by means of a double-sided sealing tape. However, this method is time-consuming and requires skilled personnel to handle relatively complicated film fastening. In addition, the foil and the sealing tape are sent to waste after the cycle has ended.

Druhou možností je vakuově lisovat materiály spolu s formou přímo ve vakuovacím rukávu v tomto případe je celá forma „obalena“ ve vakuovací fólii. Tento způsob vakuování se využívá u malých a velmi složitých výrobcích, s dělenými formami (sportovní průmysl, medicínské aplikace). Naproti tomu první zmíněný způsob se využívá hlavně u jednodušších a velkoplošných výrobků (dopravní průmysl, průmysl kolejových vozidel, stavba lodí, výroba forem).The second option is to vacuum-press the materials together with the mold directly in the vacuum sleeve, in which case the whole mold is "wrapped" in the vacuum foil. This method of vacuuming is used for small and very complex products, with split forms (sports industry, medical applications). In contrast, the first mentioned method is mainly used for simpler and large-scale products (transport industry, rail vehicle industry, shipbuilding, mold making).

Odvod vzduchu a přítlak se vyvozuje relativně malým podtlakem cca 0,03 MPa až 0,09 MPa a jeho volba závisí na zvolené zpracovatelské technologii. Ve většině případů pak dovytvrzování ve vakuované formě probíhá při pokojové teplotě. Samotný proces vakuování by měl probíhat nejméně polovinu vytvrzovací doby. Nutným pomocným zařízením je vakuometr pro kontrolu hodnoty podtlaku, resp. podtlakový spínač, který kontroluje stav vakua a při poklesu zapne kompresor a dorovná hodnotu podtlaku na požadovanou hodnotu.The exhaust air and the down pressure are generated by a relatively low vacuum of about 0.03 MPa to 0.09 MPa and its choice depends on the selected processing technology. In most cases, curing in the vacuum form takes place at room temperature. The vacuuming process itself should run for at least half the curing time. A necessary auxiliary device is a vacuum gauge for checking the vacuum value, resp. a vacuum switch that checks the vacuum condition and switches the compressor on and decreases the vacuum to the desired value when the vacuum drops.

Technika vakuování materiálů pomocí pružných fólií převažuje při výrobě kompozitů v porovnání s ostatními druhy výrobních technologií, využívajícími pružné membrány nebo kompozitní skořepiny (Light-RTM, resp.. Light Resin Transfer Moulding). Důvody spočívají zejména v možné různorodosti dostupných materiálů, využívaní pro zpracovatelské technologie využívající vakuum na konsolidaci materiálů, cenové dostupnosti používaných materiálů a v možnosti využití i pro složité výrobky a negativní tvary např. podkosy.The technique of vacuuming materials using elastic films prevails in the production of composites compared to other types of manufacturing technologies using flexible membranes or composite shells (Light-RTM, respectively. Light Resin Transfer Molding). The reasons are mainly the possible diversity of available materials, the use of processing technologies using vacuum to consolidate materials, the affordability of the materials used and the possibility of use even for complex products and negative shapes such as subcuts.

Uvedený způsob upevňování pružných fólii pomocí oboustranných těsnících pásek má ale významné nevýhody, a to zejména nízkou produktivitu práce při vakuovaní a utěsňování. Na zavakuování výrobku o ploše 1 m² procesem vakuování potřebuje průměrně zručný pracovník zhruba 30 až 40 minut. Využitelnost vakuového lisování ve vakuovacím rukávu je zase limitována velikostí výrobku.However, the method of fastening flexible sheets with double-sided sealing tapes has significant drawbacks, in particular low productivity in vacuum and sealing operations. On average, a skilled worker needs about 30 to 40 minutes to vacuum a 1 m ^{2 product} through a vacuum process. The usefulness of vacuum pressing in the vacuum sleeve is in turn limited by the size of the product.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

K odstranění výše uvedených nedostatků přispívá do značné míry sestava formy pro vakuové lisování dílců z polymerních kompozitů podle předloženého technického řešení. Podstata tohoto řešení spočívá v tom, že sestava formy je tvořena spodním rámem, na němž nebo v němž je uložena forma s pozitivní či negativní tvarovou částí odpovídající tvaru výrobku. Na této tvarové části formy je uložena alespoň jedna technologická vrstva lisovaného polymemího kompozitu a forma i s touto vrstvou, resp. vrstvami lisovaného polymemího kompozitu je překryta přítlač- 1 CZ 25664 Ul nou fólií či membránou. Ta je pak fixována svými okraji k okrajovým částem formy a/nebo spodnímu rámu pomocí přiloženého horního upínacího rámu a alespoň dvou upínek.To a large extent, the mold assembly for vacuum molding of polymer composite panels according to the present invention contributes to overcoming the above-mentioned drawbacks. The essence of this solution is that the mold assembly is formed by a bottom frame on which or in which a mold with a positive or negative shaped part corresponding to the shape of the article is placed. At least one technological layer of the molded polymer composite is deposited on this mold part of the mold and the mold with this layer, respectively. The layers of the molded polymer composite are covered with a pressure film or membrane. The latter is then fixed with its edges to the edge portions of the mold and / or the lower frame by means of the enclosed upper clamping frame and at least two clamps.

Spodní rám a/nebo okrajové části formy mohou být na své homí ploše v oblasti pod homím upínacím rámem opatřeny profilovými drážkami. Homí upínací rám má v tomto případě po celém obvodě spodní plochy přitlačující fólii nebo membránu hladký povrch.The bottom frame and / or the edge mold parts may be provided with profile grooves on their upper surface in the region below the upper clamping frame. In this case, the upper clamping frame has a smooth surface over the entire periphery of the bottom surface pressing the foil or membrane.

Pokud má spodní rám i okrajové části formy na své homí ploše v oblasti pod homím upínacím rámem hladký povrch, je naopak homí upínací rám s výhodou po celém obvodě spodní plochy přitlačující fólii nebo membránu opatřen profilovými drážkami.If the bottom frame and the edge mold parts have a smooth surface on their upper surface in the region below the upper clamping frame, the upper clamping frame is preferably provided with profile grooves along the entire periphery of the lower surface pressing the foil or membrane.

Profilové drážky mohou mít v obou případech tvar lichoběžníků, oblouků či trojúhelníků.In both cases, the profile grooves may have the shape of trapezoids, arcs or triangles.

Spodní rám je s výhodou vyroben z kovu, homí upínací rám pak vyroben z kovových či nekovových profilů. Forma je s výhodou vyrobena z laminátu.The lower frame is preferably made of metal, the upper clamping frame is made of metal or non-metal profiles. The mold is preferably made of a laminate.

Konstrukční zařízení k upínání fólií a membrán pomocí profilovaného rámu podle předloženého technického řešení umožňuje zefektivnění procesu plošného vakuování o 75 %, hlavně z důvodu jednoduché aplikace tvarového rámu na spodní rám a jeho upevnění pomocí upínacích svorek. Přehled obrázků na výkresechThe construction device for clamping foils and membranes by means of a profiled frame according to the present invention enables to improve the surface vacuuming process by 75%, mainly due to the simple application of the shaped frame to the bottom frame and its fixing by clamping clamps. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

K bližšímu objasnění podstaty technického řešení slouží přiložené výkresy, kde představuje:In order to clarify the nature of the technical solution, the attached drawings show:

obr. 1 - celkové schematické znázornění příkladného uspořádání sestavy formy podle předloženého technického řešení, obr. 2 - objasňuje příklad konstrukčního řešení horního upínacího rámu, obr. 3 - příčný řez sestavou formy v příkladném provedení, obr. 4 - varianta konstrukčního řešení spodního rámu a tvářecí části nové formy pro vakuové lisování, obr. 5 - další varianta konstrukčního řešení spodního rámu a tvářecí části nové formy pro vakuové lisování.Fig. 1 - overall schematic illustration of an exemplary mold assembly arrangement according to the present invention; Fig. 2 - illustrates an exemplary design of an upper clamping frame; Fig. 3 - cross section of a mold assembly in an exemplary embodiment; molding parts of the new mold for vacuum pressing, fig. 5 - another variant of the design of the lower frame and molding parts of the new mold for vacuum pressing.

Příklady provedeníExamples

Příklad 1Example 1

Sestava formy v příkladném provedení (viz obr. 1 a 3) - řešení vhodné pro konstrukční úpravu stávajících forem - se skládá z kovového spodního rámu 1, který slouží k zajištění dostatečné tuhosti celé soustavy. Na tomto rámu je uložena laminátová tvářecí část formy 2, v podobě tvárnice, na níž je nanesena vrstva 3 lisovaného polymemího kompozitu. Tvářecí část formy 2 je překryta pružnou fólií 4 z polyamidu (nylonu)., Tato fólie je ke spodnímu rámu i přitlačována homím upínacím rámem 5 fixovaným pomocí upínek 6. Homí upínací rám 5 (viz obr. 2) je vyroben z kovových profilů a je po celém obvodě spodní plochy přitlačující fólii 4 opatřen profilovými drážkami 7b, které mají tvar lichoběžníků s výškou snižující se směrem dovnitř rámu.The mold assembly of the exemplary embodiment (see Figs. 1 and 3) - a solution suitable for designing existing molds - consists of a metal base frame 1, which serves to provide sufficient rigidity of the entire assembly. A laminate molding part of the mold 2, in the form of a block, is placed on this frame, on which a layer 3 of the molded polymer composite is applied. The forming part of the mold 2 is covered by a flexible foil 4 of polyamide (nylon). This foil is pressed against the bottom frame 1 by a top clamping frame 5 fixed by means of clamps 6. The top clamping frame 5 (see Fig. 2) is made of metal profiles. along the entire circumference of the lower surface of the pressing film 4 is provided with profile grooves 7b, which have the shape of trapezoids with a height decreasing towards the inside of the frame.

Příklad 2Example 2

Řešení vhodné pro nové formy (viz obr. 4) je v podstatě shodné s příkladem 1, pouze spodní rám 1 je na své homí ploše v oblasti pod homím upínacím rámem 5 opatřen profilovými drážkami 7a, které mají tvar trojúhelníků. Horní upínací rám 5 v provedení analogickém obr. 2 je vyroben z kovových profilů. Má ale po celém obvodě spodní plochy přitlačující fólii 4 hladký povrch.The solution suitable for the new molds (see FIG. 4) is essentially identical to Example 1, except that the lower frame 1 is provided with triangular shaped grooves 7a on its upper surface in the region below the upper clamping frame 5. The upper clamping frame 5 in an embodiment analogous to FIG. 2 is made of metal profiles. However, it has a smooth surface all around the periphery of the bottom surface pressing the film 4.

Příklad 3Example 3

Řešení vhodné pro nové formy (viz obr. 5) je rovněž v podstatě shodné s příkladem 1, pouze spodní rám 1 je na své homí ploše v oblasti pod homím upínacím rámem 5 opatřen profilovými drážkami 7a, které mají tvar oblouků.The solution suitable for the new molds (see Fig. 5) is also substantially identical to Example 1, only the lower frame 1 is provided with profile grooves 7a in the region below the upper clamping frame 5, which have the shape of arcs.

-2CZ 25664 Ul-2GB 25664 Ul

Homí upínací rám 5 v provedení analogickém obr. 2 je v tomto případě vyroben z nekovových (plastových) a má opět po celém obvodě spodní plochy přitlačující fólii 4 hladký povrch.The upper clamping frame 5 in an embodiment analogous to FIG. 2 is in this case made of non-metallic (plastic) and again has a smooth surface around the entire periphery of the bottom surface pressing the foil 4.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Technické řešení je možno využít při vakuovém lisování kompozitních materiálů, při vakuové 5 infuzi a při prepreg technologiích. Řešení je, jak již bylo naznačeno v příkladech provedení, navrženo pro využití u stávajících forem bez nutnosti jejich konstrukčních úprav a je vhodné také pro formy nové.The technical solution can be used in vacuum pressing of composite materials, in vacuum infusion and in prepreg technologies. The solution is, as already indicated in the examples, designed for use in existing molds without the need for their constructional modifications and is also suitable for new molds.

NÁROKY NA OCHRANUPROTECTION REQUIREMENTS

Claims (7)

1. Sestava formy pro vakuové lisování dílců z polymerních kompozitů, zejména na bázi reaktoío plastové plněné či neplněné matrice obsahující nejméně jednu vrstvu výztužného materiálu, vyznačující se tím, že je tvořena spodním rámem (1), na němž nebo v němž je uložena forma (2) s pozitivní či negativní tvarovou částí odpovídající tvaru výrobku, přičemž na této tvarové části formy (2) je uložená alespoň jedna technologická vrstva (3) lisovaného polymemího kompozitu a forma (2) s touto vrstvou (3), resp. vrstvami lisovaného polymemího kompozitu jeA mold assembly for vacuum molding polymer composite panels, in particular based on a reactive plastic filled or unfilled matrix comprising at least one layer of reinforcing material, characterized in that it is formed by a bottom frame (1) on or in which the mold ( 2) with a positive or negative shaped part corresponding to the shape of the product, at least one technological layer (3) of the molded polymer composite is deposited on this shaped part of the mold (2); the layers of the molded polymer composite is 15 překrytá přítlačnou fólií (4) či membránou, která je fixována svými okraji k okrajovým částem formy (2) a/nebo spodnímu rámu (1) pomocí přiloženého horního upínacího rámu (5) a alespoň dvou upínek (6).15 is covered by a pressure foil (4) or a membrane which is fixed with its edges to the edge portions of the mold (2) and / or the lower frame (1) by means of the enclosed upper clamping frame (5) and at least two clamps (6). 2. Sestava formy podle nároku 1, vyznačující se tím, že spodní rám (1) a/nebo okrajové části formy (2) jsou na své homí ploše v oblasti pod homím upínacím rámem (5) opatřenyMold assembly according to claim 1, characterized in that the lower frame (1) and / or the edge parts of the mold (2) are provided on their upper surface in the region below the upper clamping frame (5). 20 profilovými drážkami (7a), zatímco homí upínací rám (5) má po celém obvodě spodní plochy přitlačující fólii (4) nebo membránu hladký povrch.20, while the upper clamping frame (5) has a smooth surface all around the periphery of the bottom surface pressing the foil (4) or the membrane. 3. Sestava formy podle nároku 1, vyznačující se tím, že spodní rám (1) i okrajové části formy (2) mají na své homí ploše v oblasti pod homím upínacím rámem (5) hladký povrch, zatímco homí upínací rám (5) je po celém obvodě spodní plochy přitlačující fólii (4) nebo mem25 bránu opatřen profilovými drážkami (7b).Mold assembly according to claim 1, characterized in that the lower frame (1) and the edge mold parts (2) have a smooth surface on their upper surface in the region below the upper clamping frame (5), while the upper clamping frame (5) is along the entire circumference of the bottom surface pressing the foil (4) or the gate 25 provided with profile grooves (7b). 4. Sestava formy podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že profilové drážky (7a, 7b) mají tvar lichoběžníků, oblouků či trojúhelníků.Mold assembly according to claim 2 or 3, characterized in that the profile grooves (7a, 7b) have the shape of trapezoids, arcs or triangles. 5. Sestava formy podle nároku 1, vyznačující se tím, že spodní rám (1) je vyroben z kovu.Mold assembly according to claim 1, characterized in that the lower frame (1) is made of metal. 3030 6. Sestava formy podle nároku 1, vyznačující se tím, že horní upínací rám (5) je vyroben z kovových či nekovových profilů.Mold assembly according to claim 1, characterized in that the upper clamping frame (5) is made of metal or non-metal profiles. 7. Sestava formy podle nároku 1, vyznačující se tím, že forma (2) je vyrobena z laminátu.Mold assembly according to claim 1, characterized in that the mold (2) is made of a laminate. 35 5 výkresů35 5 drawings -3CZ 25664 Ul-3EN 25664 Ul XX