DE3686024T2

DE3686024T2 - Geformte faserverstaerkte kunststoffgegenstaende.

Info

Publication number: DE3686024T2
Application number: DE8686308385T
Authority: DE
Inventors: Bronislaw Radvan; William Terence Haley Skelding; Anthony John Willis
Original assignee: Wiggins Teape Group Ltd
Current assignee: Wiggins Teape Group Ltd
Priority date: 1985-11-01
Filing date: 1986-10-28
Publication date: 1993-04-15
Anticipated expiration: 2006-10-29
Also published as: FI864383A0; KR870004805A; NO864340D0; PT83662A; NO170265B; GB8527023D0; ZA868264B; IE57920B1; EP0223450B1; AU593848B2; PT83662B; AU6457086A; DK166717B1; NO170265C; GR3005410T3; FI92565C; DK516886D0; ES2033238T3; JPS62161529A; EP0223450A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung geformter Gegenstände aus faserverstärktem Kunststoff der im ersten Teil des Anspruchs 1 beschriebenen Art.
Die vorveröffentlichte EP-A-148 763 beschreibt ein Verfahren dieser Art, welches die während der Verfestigung in den Fasern erzeugten Spannungen ausnutzt, um eine expandierte und poröse Form herzustellen.
Der daraus resultierende Gegenstand weist eine hohe Biegesteifigkeit und eine relativ glatte kohärente Oberfläche auf.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Methode der Verwendung expandierten Materials zur Herstellung geformt er Gegenstände mit Bereichen verschiedener Dichte, wodurch der hergestellte Gegenstand vielseitiger verwendbar ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur Formung von Gegenständen aus faserverstärktem Kunststoffmaterial die Herstellung einer Bahn aus einer fibrösen Materialmatrix in Form eines Bogens eines partikulären Thermoplasten und 20-70 Gew.-% verstärkender Glasfasern mit einer Länge zwischen 7 und 50 mm, die Verfestigung des Bogens, die Vorwärmung des Bogens, so daß die Spannungen in den Glasfasern die Matrix frei expandieren und porös werden lassen, das Einsetzen des vorgewärmten expandierten Bogens in eine Druckform und das Schließen der Form zur Bildung eines verdichteten geformten Gegenstands vorbestimmter Gestalt, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgewärmte Bogen in der Form komprimiert und mindestens in einem Teilbereich verdichtet wird, so daß er in diesem Teilbereich eine größere Dichte aufweist und daß während des Verformungsprozesses im Bereich dieser größeren Dichte ein Einsatzteil eingebracht wird.
Unter einem hohen Elastizitätsmodul soll ein Elastizitätsmodul verstanden werden, welches wesentlich höher ist als das des Bogens. Fasern, welche unter diese Kategorie fallen, beinhalten Glas-, Kohle- und Keramikfasern, beispielsweise die Aramidfasern, welche unter den Handelsnamen Kevlar und Nomex vertrieben werden. Allgemein fallen in diese Kategorie alle Fasern, deren Modul größer als 10.000 Megapascal ist.
Die Dichtedifferenz kann dadurch erzeugt werden, daß das Bogenmaterial verschieden dick ist und/oder das Verfahren eine Gestaltung des Formwerkzeugs beinhaltet, wodurch der Bogen im Bereich größerer Dichte vollständig verdichtet wird. In die Bereiche größerer Dichte des so hergestellten geformten Gegenstands kann ein Einsatzteil, beispielsweise eine Büchse oder ein Halt er, eingesetzt werden. Die Erfindung beinhaltet also auch den Einsatz eines Einsatzteils im Bereich größerer Dichte während des Verformungsvorgangs.
Vorzugsweise weist das Kunststoffmaterial mindestens 30 Gew.-% Glasfasern auf, es kann also auch 50 Gew.-% Glasfasern aufweisen.
Vorzugsweise weisen die Fasern die Form einzelner diskreter Fasern auf. Wenn also Glasfasern verwendet werden, welche in Form zerhackter Bündel geliefert werden, müssen diese Bündel vor der Formung der Struktur in einzelne Fasern zerbrochen werden.
Der Bogen kann aus zwei oder mehr Schichten Kunststoffmaterial verschiedener Zusammensetzung bestehen, welche während des Verformungsvorgangs aufeinander laminiert werden. Auf diese Weise können drei oder mehr Schichten verwendet werden, wobei die äußeren Schichten einen geringeren Fasergehalt als die innere Schicht oder die inneren Schichten aufweisen.
Das Kunststoffmaterial kann beispielsweise Polyäthylen, Polypropylen, Polystyrol, Acrylnitrylstyrolbutadien, Polyäthylentherephtalat oder Polyvinylchlorid, beide plastifiziert, sein. Andere geeignete Thermoplasten beinhalten Polyphenylenäther oder Polykarbonate oder Polyesterkarbonate oder thermoplastische Polymere oder Polyätherimide oder Acrylnitryl-Burylacrylat-Styrolpolymere oder amorphes Nylon oder Polyarylenätherketone oder Werkstoffe und Mischungen dieser Materialien untereinander oder mit anderen Polymeren.
Die Erfindung kann auf verschiedene Weise ausgeführt werden, ein Ausführungsbeispiel soll im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert werden. Darin zeigen:
Fig. 1 eine isometrische Darstellung eines geformten Bogens aus faserverstärktem Kunststoffmaterial, welcher zur Verformung bereit ist;
Fig. 2 den gleichen Bogen nach der Erhitzung;
Fig. 3 eine Seitenansicht einer zweiteiligen Form, in welcher der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Bogen formbar ist;
Fig. 4 eine Seitenansicht des Bogens nach der Verformung und
Fig. 5 eine isometrische Darstellung des geformten Gegenstands nach Verlassen der Form.
Im erfindungsgemäßen Verfahren, wie es nachfolgend beschrieben wird, wird ein Bogen aus faserverstärktem Kunststoffmaterial verwendet, der mit Glasfasern zwischen 7 und 50 mm Länge verstärkt ist. Die genaue Konstruktion des Bogens ergibt sich aus der EP-A-148 763. Der vorverfestigt Bogen 1 wird, wie in Fig. 1 dargestellt, zu einer vorbestimmten Größe zugeschnitten und in herkömmlicher Weise auf 180 ºC bis 200ºC erhitzt, beispielsweise durch Verwendung einer Infrarotheizung in einem Ofen, wie er in der genannten europäischen Patentanmeldung beschrieben wird.
Die Erhitzung erzeugt ein, in Fig. 2 dargestelltes, heißes Werkstück 2, welches sich auf das Zwei- bis Dreifache seiner ursprünglichen Dicke ausgedehnt hat und daher eine geringere Dichte aufweist.
Dieses heiße Werkstück 2 wird dann in ein Preßwerkzeug 3 gebracht, welches ein oberes und ein unteres Teil 4 und 5 beinhaltet. Das Werkzeug ist so gestaltet, daß der Abstand zwischen dem unteren Teil 4 und dem oberen Teil 5 im vollständig geschlossenen Zustand nicht konstant ist. In dem mit der Bezugszahl 6 gekennzeichneten Bereich ist der Abstand größer als an den Kanten, welche durch die Bezugszahlen 7 und 8 gekennzeichnet sind. Dadurch wird sichergestellt, daß die Bereiche 7 und 8 sich zur vollständigen Verdichtung des heißen Materials in diesen Bereichen schließen und andere Bereiche sich nur soweit schließen, daß das Material im Bereich 6 nur teilweise verdichtet wird.
Das heiße Werkstück 2 wird zusammen mit den benötigten Fixierschrauben, Scharnieren, Büchsen oder anderen Einsatzteilen in das Formwerkzeug gebracht und das Formwerkzeug ist so gestaltet, daß in den Bereichen, in denen die Einsatzteile plaziert sind, eine größere Dichte erzeugt wird, beispielsweise in den Bereichen 7 und 8.
Das Werkzeug ist also so gestaltet, daß in seinem geschlossenen Zustand Bereiche verschiedener Dichte in dem Werkstück erzeugt werden. In der vorgenannten Anordnung werden die vollständig verdichteten Bereiche bei den Werkzeugkanten im Bereich der Einsatzteile erzeugt.
Der Bereich 6 stellt ein Gebiet geringerer Dichte dar.
Es ist hervorzuheben, daß der Grad der Verdichtung die Porösität des Bogens beeinflußt und auf diese Weise als Mittel zur Beeinflussung der Porösität des geformten Gegenstands verwendbar ist.
Durch vollständige Verdichtung des Bogens in den Bereichen, in welchen die Einsatzteile plaziert sind, werden diese sicher fixiert.
In Fig. 4 ist der geformte Gegenstand nach dem Verlassen der Form dargestellt mit eingesetzten Büchsen, welche mit der Bezugszahl 10 versehen sind. In Fig. 5 ist noch einmal das Preßteil dargestellt und es ist klar ersichtlich, daß die verdichteten Bereiche 11 und 12 die Einsatzteile 10 tragen und der weniger verdichtete Bereich, gekennzeichnet durch die Bezugsziffer 13 in den Fig. 4 und 5 dicker, aber von geringerer Dichte ist. Der größere, zentral gelegene Bereich niedriger Dichte macht das Bauteil steif, während die verdichteten Bereiche 11 und 12 eine sichere und feste Halterung der Einsatzzeile 10 bilden.
Die Gestaltung der Form und des Bogens 2 kann so gewählt werden, daß genügend Platz zum Einbringen der Einsatzteile in die Form vorhanden ist, wo diese von dem verdichteten Material umflossen und gesichert werden. In der vorgenannten Anordnung verlängern sich die beiden Arme 14, welche in Fig. 2 dargestellt sind und einen Teil des erhitzten Werkstücks bilden während der Kompression in ihrer Länge, um die Einsatzteile 10 zu umfließen. Dies ist aus einem Vergleich der Längen der Arme 14 in Fig. 2 und Fig. 5 ersichtlich, wobei diese Arme 14 in Fig. 5 verdichtete Bereiche geworden sind.
Die in dem Bogen aus faserverstärktem Kunststoffmaterial verwendeten Fasern können Glasfasern, Kohlefasern, Keramikfasern, federnde Metallfasern und Fasern wie Aramidfasern sein, welche unter den Handelsnamen Kevlar und Nomex vertrieben werden.

Claims

1. Verfahren zur Formung von Gegenständen aus faserverstärktem Kunststoffmaterial, beinhaltend die Herstellung einer Bahn aus einer fibrösen Materialmatrix in Form eines Bogens (1) aus partikulärem Kunststoffmaterial und 20 bis 70 Gew.-% verstärkender Glasfasern zwischen 7 mm und 50 mm, die Verfestigung des Bogens (1), die Vorheizung des Bogens (1), so daß die Spannungen in den Glasfasern dazu führen, daß die Matrix frei expandiert und porös wird, das Einsetzen des vorgeheizten expandierten Bogens (2) in eine Preßform (3) und das Schließen dieser Form zur Bildung eines verdichteten geformten Gegenstands vorbestimmter Gestalt, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgeheizte Bogen (2) in der Form komprimiert wird, um ihn zumindest in einem Teilbereich (14) zu verdichten, so daß in diesem Teilbereich eine größere Dichte vorliegt und während der Verformung ein Einsatzteil (10) in den Bereich größerer Dichte (14) eingesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoff material mindestens 30 Gew.-% Glasfasern aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffmaterial 50 Gew.-% Glasfasern aufweist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil aus zwei oder mehreren Bögen (1) verschiedener Zusammensetzung besteht, welche in dem Verformungsprozeß zusammenlaminiert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß drei oder mehrere Bögen (1) verwendet werden, wobei die äußeren Bögen (1) einen geringeren Fasergehalt als der innere Bogen (1) oder die inneren Bögen (1) aufweisen.