DE4215919A1 - Verfahren zur Herstellung von rohrförmigen oder hohlen Formteilen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von rohrförmigen oder hohlen FormteilenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
rohrförmigen oder hohlen Formkörpern aus Thermoplastfaser/
Verstärkungsfaser-Hybridgarn. Hybridgarne, in denen Thermo
plastfasern und Verstärkungsfasern innig vermischt sind,
werden in den letzen Jahren in zunehmendem Maße zur Herstel
lung von Hochleistungsverbundwerkstoffen verwendet. Die
Hybridgarne sowie daraus hergestellte Flächengebilde, z. B.
Geflechte, sind sehr flexibel und deshalb beliebig verform
bar. Wenn man sie durch Verpressen bei Temperaturen oberhalb
des Erweichungspunktes des Thermoplasten konsolidiert,
schmilzt dieser und bildet ein Matrix, in der die Verstär
kungsfasern in Vorzugsrichtung orientiert eingelagert sind.
Bei der Herstellung von rohrförmigen Formkörpern, z. B. von
Tennisschlägerrahmen, auf dieser Basis geht man von einem
rohrförmigen Hybridgarn-Geflecht aus, in das man einen auf
blasbaren Schlauch einführt. Das Geflecht wird in Form eines
Tennisschlägers zusammengelegt. Dieses Gebilde wird in eine
Metallform eingelegt, so daß das Geflecht zu einem faserver
stärkten Rohr konsolidiert. Probleme bereitet dabei der Auf
bau der "Brücke" zwischen den beiden Schenkeln des Griffes,
welche zur Stabilisierung des Schlägers notwendig ist. Es
ist nämlich nicht möglich, den aufblasbaren Schlauch, der im
äußeren Rahmen des Tennisschlägers liegt, auch in die Brücke
zu verlegen, um damit die Brücke an das Rohr, aus dem der
Rahmen geformt wird, direkt anzubinden und beide gemeinsam
unter Druck zu setzen.
In der deutschen Patentanmeldung P 42 02 335.1 ist eine
Lösung für dieses Problem beschrieben. Danach wird treib
mittelhaltiges Kunststoffgranulat in einem aufblasbaren
Schlauch in das rohrförmige Hybridgarngeflecht eingefüllt.
Beim Erhitzen schäumt der Kunststoff auf und preßt das Ge
flecht gegen die Formwand.
Es wurde nun gefunden, daß dieses Prinzip allgemein für die
Herstellung von solchen rohrförmigen oder hohlen Formteilen
anwendbar ist, bei denen die Stabilisierung des Hybridgarn-
Geflechts durch Aufblasen eines Innenschlauches nicht oder
sehr schwierig möglich ist.
Gegenstand der Erfindung ist demzufolge ein Verfahren,
welches folgende Schritte umfaßt:
- - man bildet ein Geflecht aus Thermoplastfaser/Verstär kungsfaser-Hybridgarn, welches die Konturen des zu bildenden Formteils aufweist,
- - man führt einen dünnwandigen, dehnbaren Schlauch in das Innere des Geflechts ein,
- - man legt das Gebilde in eine mehrteilige Form ein, deren Innenwände den Konturen des zu bildenden Formteils ent sprechen, und schließt die Form,
- - man erhitzt die Form auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes der Thermoplastfasern, wobei das Hybrid garngeflecht zu einem faserverstärkten Formteil konsoli diert,
- - man kühlt das Werkzeug ab und entformt.
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der dehnbare
Schlauch teilweise mit einem treibmittelhaltigen thermopla
stischen Kunststoff gefüllt ist, welcher beim Erhitzen des
Werkzeugs aufschäumt und dadurch einen Druck auf das Hybrid
garngeflecht ausübt, welcher dieses gegen die Formwand
preßt.
Hybridgarn aus Verstärkungsfasern und Thermoplastfasern so
wie ein bevorzugtes Verfahren zu seiner Herstellung und die
Verarbeitung zu Verbundwerkstoffen sind in EP-B 156 599 be
schrieben. Dort wird auch erwähnt, daß aus dem Hybridgarn
Gewebe hergestellt werden kann, das man zu Verbundkörpern
verarbeiten kann.
Bevorzugte thermoplastische Kunststoffe für die Thermoplast
fasern sind z. B. Polypropylen, Polyethylenterephthalat,
Polybutylenterephthalat, Polyphenylensulfid, Polysulfone,
Polyethersulfone, Polyetherimide und Polyetherketone; beson
ders geeignet sind Polyamide, wie Polyamid-6 und Poly
amid-6,6.
Geeignete Verstärkungsfasern sind solche aus Kohlenstoff,
Glas und aromatischem Polyamid.
Der dünnwandige (Wanddicke vorzugsweise 0,05 bis 2,0 mm)
dehnbare Schlauch besteht aus einem Material, dessen Er
weichungstemperatur oberhalb der beabsichtigten Konsoli
dierungstemperatur des Hybridgarn liegt. Er kann z. B. aus
einem Siliconkautschuk oder aus einem zähmodifizierten hoch
schmelzenden Polyamid, z. B. einem Copolyamid aus Terephthal
säure, Hexamethylendiamin und Caprolactam) bestehen.
Als thermoplastische Kunststoffe für den Kunststoffschaum
kommen grundsätzlich die gleichen Themoplasten in Frage wie
für die Thermoplastfasern. Die Thermoplasten sollen vorzugs
weise so ausgewählt werden, daß die Erweichungstemperatur
des treibmittelhaltigen thermoplastischen Kunststoffs etwas
niedriger liegt als die Temperatur, bei der das Hybridgarn
konsolidiert wird. Dabei ist zu beachten, daß flüchtige
Treibmittel im allgemeinen die Erweichungstemperatur eines
Thermoplasten erniedrigen. Geeignete Thermoplasten sind z. B.
Polyamide, Polyester und Polyetherimide; bevorzugt sind
Polyethersulfone und Polysulfone.
Der treibmittelhaltige thermoplastische Kunststoff kann in
Form von Granulat oder als Strang in den dehnbaren Schlauch
eingebracht werden.
Dieses Granulat bzw. dieser Strang kann, wie z. B. in
DE-A 39 25 740 beschrieben, durch Extrudieren von treib
mittelhaltigem Granulat hergestellt werden. Als Treibmittel
kommen bevorzugt niedrig siedende Flüssigkeiten in Frage,
die den Thermoplasten nicht lösen, sondern höchstens quel
len, vorzugsweise in Mengen von 1 bis 20, insbesondere von 2
bis 10 Gew.-%. Geeignete Treibmittel sind z. B. halogenierte
Kohlenwasserstoffe, wie Dichlormethan und Chlorbenzol, Ke
tone, wie Aceton und Methylethylketon, Ether, Alkohole,
Wasser und Gemische davon. Grundsätzlich können auch
chemische Treibmittel, wie Azoverbindungen und Carbonate
verwendet werden.
Die Menge des eingefüllten Granulats sowie die Menge des
darin enthaltenen Treibmittels bestimmen die Dichte des
Schaums, der sich beim Erhitzen bildet, sowie den Innen
druck, der dabei aufgebaut werden soll. Die Dichte soll
zwischen 20 und 400 g/l, insbesondere zwischen 50 und
200 g/l liegen; der Innendruck in der Größenordnung von 5
bis 10 bar. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform
werden pro cm3 eines ca. 8 Gew.-% Methylethylketon enthal
tenden Polyethersulfon eingesetzt.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Formteile wird zu
nächst ein rohrförmiges oder hohles Geflecht aus Hybridgarn
gebildet, welches in etwa die Konturen des späteren Form
teils aufweist. Die Wanddicke des konsolidierten Geflechts
kann je nach Anwendungsgebiet des Formteils zwischen 0,1 und
4,0 mm liegen.
Danach wird der dünnwandige, dehnbare, mit treibmittelhalti
gem Kunststoff teilweise gefüllte Schlauch eingeführt und an
den Enden gasdicht verschlossen. Falls allseitig abgeschlos
sene Hohlkörper hergestellt werden sollen, müssen an die
Enden des rohrförmigen Hybridgarngeflechts entsprechende
Abschlußstücke angesetzt werden.
Dieses Gebilde wird dann in eine mehrteilige, vorzugsweise
zweiteilige Metallform eingelegt, deren Innenwände exakt den
Konturen des zu bildenden Formteils entsprechen. Die Form
wird geschlossen und auf eine Temperatur oberhalb des
Schmelzpunktes der Matrix-Thermoplastfasern erhitzt und vor
zugsweise etwa 3 bis 30 min bei dieser Temperatur gehalten.
Im Falle der bevorzugten Polyamidfasern liegt die Werkzeug
temperatur bei etwa 300°C.
Dabei erweicht zunächst der treibmittelhaltige thermoplasti
sche Kunststoff, das Treibmittel wird freigesetzt und es
bildet sich ein Kunststoffschaum, der den Schlauch aufbläst
und aufgrund des Treibmitteldrucks das Hybridgarngeflecht
gegen die Innenwände der Form preßt. Der Schlauch verhin
dert, daß dabei das Treibmittelgas durch die Maschen des
Hybridgarns entweicht; dieses wird also formhaltig stabili
siert. Schließlich erweichen auch die Thermoplastfasern und
das Geflecht konsolidiert. Das Werkzeug wird dann abgekühlt
und das fertige Formteil kann entnommen und gegebenenfalls
nachbearbeitet werden. Das sich im Innenraum befindliche
Treibmittel wird beim Abkühlen wieder im Thermoplasten ge
löst, es diffundiert dann sehr langsam durch die Schlauch
wandung aus dem Formteil. Der Kunststoffschaum kann im Form
körper belassen werden und trägt zu dessen Steifigkeit mit
bei, er kann aber auch durch geeignete Lösungsmittel aus dem
Formteil entfernt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit Vorteil dann ange
wandt, wenn rohrförmige Formteile mit variierendem Durch
messer oder hohle Formteile, die allseitig abgeschlossen
sind, hergestellt werden soll; wenn es also schwierig ist,
den aufgeblasenen Schlauch ohne Schädigung des Formteils aus
diesem wieder zu entfernen.
Das Verfahren eignet sich also beispielsweise zur Herstel
lung von Golfschlägern, Baseballschlägern und Fahrradrahmen.
Ein 31 cm langer Silikonkautschuk, der im nicht aufgeblase
nen Zustand einen Innendurchmesser von 11 mm und eine Wand
dicke von 0,8 mm hat, wird zu etwa 20 % seines Volumens mit
einem Granulat aus schäumbarem Polyethersulfon (ULTRASON E
der BASF), welches 10 Gew.-% Methylethylenketon gelöst ent
hält, gefüllt und an beiden Enden abgeklemmt. Auf diesen
Schlauch wird ein Hybridgarn-Geflecht, hergestellt aus
Kohlenstoffasern (CELION G 30-500, 12 K der BASF) und Poly
amid (ULTRAMID BS 400 der BASF), aufgezogen. Das Geflecht
ist rohrförmig mit einem Durchmesser von etwa 30 mm und
einer Länge von 30 cm, der Flechtwinkel beträgt 35°. Das Ge
bilde wird in ein rohrförmiges Werkzeug mit einem Innen
durchmesser von 30 mm eingelegt und durch einen Metallstift,
der in den Schlauch eingedrückt wird, beidseitig verschlos
sen. Das Werkzeug wird 15 min lang auf 250°C aufgeheizt,
5 min bei dieser Temperatur gehalten, dann 10 min abgekühlt.
Dann wird das konsolidierte Rohr (Wanddicke 1 mm) entnommen.
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung von rohrförmigen oder hohlen
Formteilen (mit Ausnahme von Tennisschlägerrahmen nach
der deutschen Patentanmeldung P 42 02 335.1), umfassend
folgende Verfahrensschritte:
- - man bildet ein Geflecht aus Thermoplastfaser/Ver stärkungsfaser-Hybridgarn, welches die Konturen des zu bildenden Formteils aufweist,
- - man führt einen dünnwandigen, dehnbaren Schlauch in das Innere des Geflechts ein,
- - man legt das Gebilde in eine mehrteilige Form ein, deren Innenwände den Konturen des zu bildenden Formteils entsprechen, und schließt die Form,
- - man erhitzt die Form auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes der Thermoplastfasern, wobei das Hybridgarngeflecht zu einem faserverstärkten Form teil konsolidiert,
- - man kühlt das Werkzeug ab und entformt,
dadurch gekennzeichnet, daß der dehnbare Schlauch teil weise mit einem treibmittelhaltigen thermoplastischen Kunststoff gefüllt ist, welcher beim Erhitzen des Werk zeugs aufschäumt und dadurch einen Druck auf das Hybrid garngeflecht ausübt, welcher dieses gegen die Formwand preßt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Thermoplastfasern aus einem Polyamid bestehen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der treibmittelhaltige Thermoplast aus einem Polyamid,
einem Polysulfon oder einem Polyethersulfon besteht.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der dehnbare Schlauch aus einem vorzugsweise kautschuk
modifiziertem Polyamid oder aus einem Siliconkautschuk
besteht.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4215919A DE4215919A1 (de) | 1992-05-14 | 1992-05-14 | Verfahren zur Herstellung von rohrförmigen oder hohlen Formteilen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4215919A DE4215919A1 (de) | 1992-05-14 | 1992-05-14 | Verfahren zur Herstellung von rohrförmigen oder hohlen Formteilen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4215919A1 true DE4215919A1 (de) | 1993-11-18 |
Family
ID=6458861
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4215919A Withdrawn DE4215919A1 (de) | 1992-05-14 | 1992-05-14 | Verfahren zur Herstellung von rohrförmigen oder hohlen Formteilen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4215919A1 (de) |
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- 1992-05-14 DE DE4215919A patent/DE4215919A1/de not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8130 | Withdrawal |