DE2416984A1

DE2416984A1 - Verfahren zum herstellen eines glasfaserverstaerkten kunstharz-gegenstandes

Info

Publication number: DE2416984A1
Application number: DE19742416984
Authority: DE
Inventors: Johan Michael Goppel
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1973-04-09
Filing date: 1974-04-08
Publication date: 1974-10-17
Also published as: BE813128A; FR2224296A1; CA1019231A; FR2224296B1; GB1423728A; JPS5012166A; NL7404744A; IT1024538B

Description

Verfahren zum Herstellen eines glasfaserverstärkten Kunstharz-Gegenstandes

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines glasfaserverstärkten Kunstharz-Gegenstandes, beispielsweise eines glasfaserverstärkten Kunstharz-Rohres.

Nach bekannten Verfahren erfolgt die Herstellung eines derartigen Gegenstandes, beispielsweise eines Rohres, indem man durch Wickeln einer oder mehrerer Schichten mit Kunstharz imprägnierter oder getränkter Glasfäden an einem Dorn ein Rohr formt und das im Rohr enthaltene Kunstharz aushärten läßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das die gestellten Forderungen in besonders vorteilhafter Weise erfüllt.

Diese Aufgabe ist mit einem Verfahren gelöst, das sich erfindungsgemäß durch die folgenden Arbeitsschritte auszeichnet:

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- !Formen einer rohrförmigen Sp ei eher schicht aus einem

mit einem fließfähigen und hitzehärfbaren Kunstharz tränkbaren Material an einem Dorn,

- Aufbringen einer Einschnürschicht an.der Speicherschicht unter Zugspannung, wobei die letztere zusammengedrückt und aus dieser Kunstharz in eine benachbarte Verstärkungsschicht aus tränkbarem Fasermaterial ausgetrieben wird, um diese Schicht mit dem ausgetriebenen Kunstharz. zu tränken, und

- Aushärtenlassen des Kunstharzes in den getränkten Schichten.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß nur eine der verschiedenen Schichten, aus denen der Gegenstand zusammengesetzt ist, mit Kunstharz getränkt werden muß, nämlich die Speicherschicht, welche sich mit verschiedenen Mengen oder Arten von Verstärkungs-Fasermaterial verwenden läßt. Außerdem sind die zur Durchführung des Verfahrens verwendeten Materialien, nämlich eine imprägnierte oder getränkte Schaumstoffschicht und trockene Verstärkungsfasern, sehr viel leichter zu handhaben als getränkte Glasfäden. Örtliche Dickenänderungen, wie z.B. Muffen an Rohrenden, lassen sich ohne Bedarf an zusätzlichen Materialien durch Verändern der Zugspannung in der Einschnürschicht herstellen, wodurch sich Veränderungen im Grad der Zusammendrückung der Speicherschieht ergeben.

Das nach dem erfindungs gemäß en Verfahren hergestellte Erzeugnis weist ein niedriges spezifisches Gewicht auf, das beträchtlich unter 1,0 liegen kann. Werte um 0,80 sind erreichbar. Es besitzt ebenfalls ein hohes Steifigkeit-Gewieht-Verhältnis. Da die Verstärkung nahe der Oberfläche des erzeugten Gegenstandes statt in der Mitte.angeordnet ist, wird eine sehr gute Wirkung erzielt. Art, Menge und Dicke der Verstärkung und des Schaumstoff-Speichers sind innerhalb weiter Bereiche wählbar, so daß sich Gegenstände mit innerhalb weiter Grenzen veränderbaren Leistungsmerkmalen herstellen lassen.

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Die Speichersehieht ist aus einem' flexiblen, offenzelligen Schaumstoff hergestellt, beispielsweise aus flexiblem Polyurethan-Schaumstoff, aus natürlichen oder synthetischen Elastomeren. Das hitzehärtbare Kunstharz kann beliebig gewählt sein, beispielsweise ein Formaldehyd-, Polyester- oder Epoxidharz.

Der Dorn ist gewöhnlich mit kreisrundem Querschnitt ausgeführt, jedoch sind zur Herstellung von Rohren, Trägern, Stangen oder anderer Gegenstände von überwiegender Längsausdehnung und mit verschiedenen Querschnittsgestalten quadratische oder andere Querschnittsformen möglich. Die Speicherschicht wird, vorzugsweise vor ihrer Aufbringung am Dorn, bis zum zweckmäßig gewählten Grad mit dem im fließfähigen und härtbaren Zustand befindlichen Kunstharz getränkt. Die Speichersehieht kann am Dorn in Form einer endlosen Bahn aufgebracht werden. Die Bahn wird wendelförmig auf den Dorn gewickelt, bei Bedarf so, daß die Kanten Stoß an Stoß anliegen, so daß sich eine durchgehende Schicht ergibt. Jedoch ist es gewöhnlich nicht erforderlich, die Bahn mit Stoß an Stoß anliegenden Kanten zu wickeln, da die Bahn durch das nachfolgende Zusammendrücken eine gewisse seitliche Dehnung erfährt, wobei etwa bestehende kleine Lücken zwischen benachbarten Bahnwindungen geschlossen werden. Auch ist es möglich, eine Bahn mit dem Umfang des Borns· entsprechender Breite so um den Dorn zu legen, daß die Stoß an Stoß aneinander anliegenden oder einander benachbarten Längskanten der Bahn parallel zur Dornachse verlaufen.

Sodann wird die Verstärkungsschicht, die aus einem beliebigen Fasermaterial hergestellt ist, beispielsweise aus Glasfasern, verwebt oder als Faservlies, in Form eines Gewebes, eines Tuchstreifens, als Filz oder Matte, durch Wickeln, Umlegen oder in anderer Weise über der Speicher schicht aufgebracht. Wird das Verstärkungsmaterial auf den Dorn gewickelt, werden die Windungen vorzugsweise sich gegenseitig überlappend ausgeführt.

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An der Verstärkungsschicht wird unter Zugspannung eine Einschnürungsschicht so aufgebracht, daß die unter der Verstärkungsschicht liegende Speicherschicht zusammengedrückt wird, wobei ein Teil des in dieser enthaltenen Kunstharzes aus derselben ausgetrieben und in die Verstärkungsschicht hineingedrängt wird.

Die Einschnürungsschicht kann in Gestalt einer Bahn wendelförmig und unter Zugspannung auf das von den Speicher- und Verstärkungsschichten gebildete Aggregat am Dorn gewickelt werden.

In einigen Fällen kann es sich als schwierig herausstellen, die Einschnürungsschxcht getrennt so an der Verstärkungsschicht aufzubringen, daß sich in dieser keine Knittern oder Falten bilden. Dieses Problem laßt sich dadurch überwinden, daß man die Einschnürungs- und Verstärkungsschichten gemeinsam aufbringt oder daß man die Verstärkungsschicht auch als Einschnürungsschxcht benutzt.

Als Werkstoff für die Einschnürungsschxcht ist jedes beliebige Material verwendbar, das den geforderten Zug aushält. Es kann entweder mit dem Kunstharz imprägnierbar oder für dieses undurchlässig sein. Geeignete Materialien sind beispielsweise Glasfasergewebe, Metall- oder Papierbahnen und Thermoplast-Folien aus Polyäthylen, Polypropylen oder Polyvinylchlorid.

Die Einschnürungsschxcht verbleibt vorzugsweise an dem am Dorn gebildeten Aggregat als ein integrierender Teil davon. Sie läßt sich jedoch auch vom Aggregat wegnehmen, nachdem das Kunstharz darin ausreichend hart geworden ist, oder gelegentlich auch früher, nämlich nachdem die Imprägnierung der Verstärkungsschicht stattgefunden hat. Aus diesem Grund kann die Einschnürungsschxcht mit einem das Ablösen der Schicht vom Aggregat erleichternden Material beschichtet

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sein, beispielsweise mit Polyäthylen, Polypropylen oder PoIytetrafluoräthylen. Verstärkungs- und Einschnürungsschicht können, wie bereits gesagt, von ein und derselben Schicht gebildet sein, mit anderen Worten, das Verstärkungsmaterial selbst kann an der Speicherschicht unter Zugspannung so aufgebracht werden, daß Kunstharz aus der Speicherschicht in die Verstärkungsschicht gepreßt wird, während diese auf den Dorn gewickelt wird.

In einem kontinuierlichen Prozeß kann die Einschnürungsschicht ein endloses Band sein, von dem eine bestimmte länge mit so vielen Windungen wie für eine zufriedenstellende Durchführung des Prozesses notwendig über den Dorn gewickelt wird. Die Speicher- und Verstärkungsschichten werden an dem nur an einem Ende abgestützten umlaufenden Dorn kontinuierlich gewickelt. Die Windungen des Einschnürungsbandes werden über die Verstärkung gelegt, wobei das Ende des gewickelten Teiles des Bandes ständig abgewickelt und zum Anfang des gewickelten Teiles zurückgeführt wird, um die ersten Windungen zu bilden. Der auf diese Weise geformte Gegenstand wird durch das Wickeln des Einschnürungsbandes am Dorn in dessen Längsrichtung vorgeschoben.

Anstelle einer auf die Speieherschicht aufgelegten Verstärkungsschicht oder zusätzlich zu dieser kann am Dorn vor dem Wickeln der Speicherschicht eine Verstärkungs-Faserschicht aufgebracht werden. Beispielsweise kann die Speicherschieht/z^e^viPstärkungsschichten eingeschlossen angeordnet werden. Vor dem Wickeln der Einschnürungsschicht können am Dorn verschiedene, miteinander abwechselnde Schichten aus Speicher- und Verstärkungsmaterial aufgelegt werden. Auch kann die Speicherschicht aus zwei getrennten Bahnen gleicher Breite zusammengesetzt sein, die durch Besprühen oder auf andere Weise imprägniert sind. Vorzugsweise wird .an jeder Bahn nur eine Fläche besprüht, worauf die angefeuchteten Flächen in gegenseitige Anlage gebracht werden, um eine einzige Speieherschicht zu bilden, die zwar imprägniert ist,

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zur leichteren Handhabung jedoch eine trockene Außenfläche aufweisen kann. Vorzugsweise enthält die Speicherschicht eine ausreichende Menge Kunstharz und wird mit der Einschnürungsschicht ausreichend stark zusammengedrückt, damit die oder alle Verstärkungsschichten in ganzer Dicke mit Kunstharz imprägniert werden können. Normalerweise erfolgt die Aufbringung aller Verstärkungs-Faserschichten am Dorn in trockenem Zustand.

Selbstverständlich können in den Gegenstand während seiner Ausbildung am Dorn andere Schichten miteingeschlossen oder zugefügt werden. Dies kann auch nach Abnahme vom Dorn geschehen. Beispielsweise kann vor jeder anderen Schicht eine Schicht aus für Kunstharz undurchlässigem Material am Born aufgelegt werden.

Das Aufbringen der Schichten auf den Dorn kann dadurch erfolgen, daß alle Schichten in der gleichen Richtung, im oder gegen den Uhrzeigersinn, gewickelt werden. Jedoch wird gewöhnlich ein festerer Aufbau erreicht, indem man eine oder einige dieser Schichten in gegensinnigen Richtungen wickelt. Insbesondere kann jede auf die Speicher schicht aufgelegte Schicht in einer deren Wiekelrichtung entgegengesetzten Richtung gewickelt werden, wodurch erreicht wird, daß die Windungen der Speicherschicht zur Anlage Stoß an Stoß kommen oder diese beibehalten.

Hach ausreichender Aushärtung, die sich bei Bedarf durch Wärmezufuhr beschleunigen läßt, kann der Gegenstand vom Dorn abgenommen werden. Jedoch können bestimmte Dornarten z.B, als Innenauskleidung oder als Verstärkungselement im Gegenstand gelassen werden, beispielsweise wenn der Dorn ein Ro&rkörper aus iEhermoplast-Baterial ist. Bei dem Dorn kann es sich auch um ein in herkömmlicher Weise hergestelltes glasfaserverstärktes Kunstharz-Rohr handeln* in dem das Kunstharz bereits gehärtet worden sein kann, bevor das Hohr zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird. 409842/0903

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Die Erfindung wird im folgenden anhand sehematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeipiels mit weiteren Einzelheiten erläutert. Fig. 1 und 2 der Zeichnung zeigen aufeinanderfolgende Arbeitsschritte bei der Herstellung eines Rohres nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.

In der Zeichnung ist ein drehbarer oder Drehdorn 10 sowie eine Traverse 12 zu erkennen, die an einer Führungs- und Verstellwelle 11 angeordnet ist, durch deren Drehung sie stetig parallel zum Dorn 10 verstellbar ist. Die 3?raverse trägt Rollen 13_f 14 und 15 zur Aufnahme von auf den Dorn 10 zu wickelndem Material in Wickelform.

Entsprechend der Darstellung in Pig. 1 wird eine Bahn imprägnierbaren Fasermaterials von der Rolle 13 ab- und auf den Drehdorn 10 gewickelt. Gleichzeitig bewegt sieh die Traverse 12 infolge Drehung der Welle 11 mit solcher Geschwindigkeit nach links, daß die Fasermaterialbahn mit sich überlappenden Windungen am Dorn aufgelegt wird und eine durchgehende Verstärkungsschicht 16 bildet. In ähnlicher Weise wird eine Bahn imprägnierbaren Materials von der Rolle 14 abgewickelt, mit Hilfe eines zwischen der Rolle 14 und dem Dorn 10 an die Bahn angestellten Schlitzes oder einer Düse durch Besprühen mit einem hitzehärtbaren Kunstharz imprägniert und mit wendeiförmigen Windungen auf die Verstärkungsschicht 16 aufgelegt, um eine Speicherschicht 17 zu bilden. Wie in Fig. 1 mit einem Teilschnitt durch die Speicherschacht dargestellt, sind jedoch die Windungen dieser Schicht, die viel dicker ist als die Verstärkungsschicht 16, mit Stoß an Stoß anliegenden Kanten aufgebracht. Das Auflegen der beiden Schichten 16 und 17 am Dorn erfolgt in einem Hub oder Durchgang der Traverse längs des Domes.

Während des Rückhubes oder Rücklaufes der Traverse in ihre Ausgangsstellung, die sie einnahm, bevor die Verstärkungsund Speicherschichten auf den Dorn aufgelegt wurden, wird von der Rolle 15 eine Materialbahn abgezogen und so auf die

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Speieherschicht 17 gewickelt, daß sie eine Einschnürungsschicht 18 bildet. Die Einschnürungsschicht 18 wird unter Zugspannung so auf den Dorn gewickelt, daß die Speicherschicht 17 zusammengedrückt und Kunstharz aus ihr ausgetrieben und in die Verstärkungsschicht 16 eingepreßt wird. Das Kunstharz wird möglicherweise auch in die Einschnürungsschicht 18 selbst eingepreßt, wenn diese mit dem Harz imprägnierbar ist. Die Zugspannung in der Einschnürungsschicht sollte vorzugsweise stark genug sein, um sicherzustellen, daß mit dem aus der Speicherschicht ausgepreßten Kunstharz eine vollständige Durchtränkung der Verstärkungsschicht, d.h. in deren ganzen Dicke erzielt wird. Die Zugspannung in der Einschnürungsschicht läßt sich beispielsweise mit einer, zwischen der umlaufenden Rolle 15 und deren ortsfesten Halterung angeordneten Reibungskupplung mit veränderbarer Reibung regulieren. Es sei darauf hingewiesen, daß die Windungen der Einschnürungsschicht 18 und der Speicherschicht 17 in entgegengesetzten Richtungen laufen. Nachdem die Einschnürungsschicht 18 fertiggestellt ist, läßt man das in den Schichten enthaltene Kunstharz aushärten, wenn notwendig oder zweckmäßig mit Unterstützung durch Wärmezufuhr. Auf diese Weise ist ein hartes und starres Rohr hergestellt, das vom Dorn abgenommen werden kann, oder in dem der Dorn als Innenverstärkung oder -auskleidung verbleibt.

Es leuchtet ein, daß viele verschiedene Anordnungen der Verstärkungs-, Speicher- und Einschnürungsschichten möglich sind, und daß Jede dieser Schichten ein- oder mehrmals wiederholt werden kann. Das Aufbringen der Schichten kann von ortsfesten Vorratsrollen auf einen Drehdorn oder von um einen feststehenden Dorn umlaufenden Rollen aus erfolgen.

BEISPIEL

Eine trockene, 10 cm breite Bahn eines Glasfasergewebes in quadratischer Bindung (square-weave) wurde wendelförmig auf einen zylindrischen Dorn von 10 cm Durchmesser gewickelt. Die

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Überlappung der Windungen betrug 2 cm. Auf die so gebildete Verstärkungsschicht wurde eine Speicherschicht aufgelegt, und zwar durch Umwickeln mit einer 2 cm dicken und 8 cm breiten Bahn aus flexiblem Polyurethan-Schaumstoff, der mit einer niedrigviskosen, bei Raumtemperatur härtbaren, fließfähigen Epoxidharz-Masse getränkt bzw. imprägniert war. Diese Bahn wurde am Dorn so gewickelt, daß die Kanten der Bahn Stoß an Stoß aneinander anlagen.

Schließlich wurde eine Einschnürungsschicht aufgebracht, indem man auf die Speicherschicht unter Zugspannung die gleiche Art von Glasfaser-Bahn wickelte, die auch für die Verstärkungsschicht verwendet wurde. Die Einschnürungsschicht wurde mit zur Speicherschicht entgegengesetzter Windungsrichtung gewickelt. Die Zugspannung wurde so gewählt, daß die Einschnürungsschicht die Speicherschicht auf eine Dicke von 2,5 mm zusammendrückte, d.h. auf ein Achtel ihrer unbelasteten Dicke.

Um die Aushärtezeit für das Kunstharz zu verkürzen, wurde das auf diese Weise hergestellte Rohr während etwa 30 Minuten in einem Ofen auf 80 ⁰C erwärmt. Nach Ablauf dieser Zeit war das Kunstharz vollständig ausgehärtet. Nach Abnahme des Rohres vom Dorn wurde für das Rohr insgesamt ein spezifisches Gewicht von 0,90 ermittelt.

/Patentansprüche 409842/0909

Claims

PATENTANSPRÜCHE.

Verfahren zum Herstellen eines glasfaserverstärkten stharz-G-egenstandes, gekennzeichnet durch die folgenden Arbeitsschritte:

- Formen einer rohrförmigen Speicherschicht (17) aus einem mit einem fließfähigen und hitzehärfbaren Kunstharz tränkbaren Material an einem Dorn (10),

- Aufbringen einer Einschnürschicht (18) an der Speicherschicht (17) unter Zugspannung, wobei die letztere zusammengedrückt und aus dieser Kunstharz in eine benachbarte Verstärkungsschicht (16) aus tränkbarem Fasermaterial ausgetrieben wird, um diese Schicht (16) mit dem ausgetriebenen Kunstharz zu tränken, und

- Aushärtenlassen des Kunstharzes in den getränkten Schichten (16,17).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsschicht (16) am Dorn (10) geformt wird, und daß dann die Speicherschicht (17) auf die Verstärkungsschicht (16) aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsschicht (16) auf die Speicherschicht (17) aufgebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnürschicht (18) gleichzeitig

die Verstärkungsschicht (16) oder eine andere Verstärkungsschicht aus tränkbarem Fasermaterial ist.

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5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung der Speicherschicht (17) eine Bahn des Speichermaterials am Dorn (10) so gewickelt wird, daß die-Bahnkanten Stoß an Stoß aneinander anliegen.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η ze.ichnet, daß jede unmittelbar an der Speicherschicht (17) aufgebrachte Schicht so gewickelt wird, daß die Windungen in entgegengesetzter Richtung zu den Windungen der Speicherschicht (17) laufen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherschicht (17) aus zwei Bahnen gleicher Breite geformt wird, die nach einseitigem Tränken mit Kunstharz mit den getränkten Seiten aneinander zur Anlage gebracht werden, um eine einzige Bahn zu bilden.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicher- und Verstärkungsschichten (17 bzw. 16) am Dorn (10) kontinuierlich aufgewickelt werden, und daß die Einschnürungsschicht (18) ein endloses Band ist, das mit einer bestimmten Länge über die Speicherschicht (17) am Dorn (10) gewickelt wird, wobei das Ende des aufgewickelten Teiles des Bandes ständig vom Dorn (10) abgewickelt, zum Anfang des Dorns (10) zurückgeführt und dort erneut um den Dorn (10) gewickelt wird.