DE4300208A1 - Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus faserverstärkten Kunststoffen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus faserverstärkten KunststoffenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
Hohlkörper aus faserverstärkten Kunststoffen, beispielsweise aus
Reaktionsharzen, wie Polyesterharze oder Epoxidharze sind bekannt
und werden für viele Zwecke mit Erfolg eingesetzt. Besonders
vorteilhaft sind sie dort, wo es auf Beständigkeit gegenüber
korrosiven Medien ankommt. Im allgemeinen erfolgt ihre Herstel
lung diskontinuierlich nach dem Wickelverfahren oder nach dem
Gieß- bzw. Spritzverfahren.
In der EP-B-0 174 296 ist ein Verfahren zur Herstellung von Roh
ren, Torsionsstäben, Druckbehältern und dergleichen beschrieben,
bei dem Fasern, vornehmlich Glasfasern mit einem Harz getränkt
und unter einem Winkel in wenigstens zwei Schichten auf einen
rotierenden Dorn aufgewickelt werden und der Wickelkörper ausge
härtet und abgezogen wird. Dabei weist die Faserorientierung in
der einen Schicht einen positiven Winkel und die Faserorientie
rung in der anderen Schicht einen negativen Winkel zur Hohl
körperlängsachse auf. Zwecks Einbringung von Eigenspannungen in
die Schichten werden diese bis in etwa zum Bereich der Glasüber
gangstemperatur des Harzes erhitzt und während des Aushärtens des
Hohlkörpers mit einer radial nach außen weisenden Druckkraft,
z. B. einem Druckmedium beaufschlagt. Auf diese Weise lassen sich
zwar hochfeste Hohlkörper herstellen, der Arbeits- und Zeitauf
wand ist jedoch erheblich. So muß für jeden Hohlkörperdurchmesser
ein entsprechender Wickeldorn bereitgestellt werden. Auch ist es
nicht möglich, die Hohlkörper thermisch zu verformen oder mitein
ander zu verschweißen.
Weiterhin ist es aus der DE-C-35 10 626 bekannt, faserverstärkte
Kunststoffrohre in einer sich drehenden Form zu fertigen, wobei
zuerst der flüssige Kunststoff in die Form eingebracht und auf
deren Innenoberfläche verteilt wird und anschließend die verstär
kenden Fasern in dem Kunststoff verteilt werden. Als Fasern kön
nen hierfür indes nur solche relativ kurzer Länge, sogenannte
Stapelfasern eingesetzt werden, die aber nicht zu gerichteten
Faserstrukturen führen, so daß diese Rohre für viele Anwendungs
fälle nicht geeignet sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Herstellung von einer gezielten
Faserorientierung aufweisenden Hohlkörpern zu verbessern und ei
nen Hohlkörper zu schaffen, welcher unter umwelttechnologischen
und wirtschaftlichen Gesichtspunkten einfacher zu recyceln ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden die Maßnahmen nach dem Kenn
zeichen des Anspruchs 1 vorgeschlagen.
Erfindungsgemäß werden Fasern mit gezielter Faserorientierung in
wenigstens zwei Schichten auf eine rohrförmige innere Abstützung
aus thermoplastischem Kunststoff gewickelt. Die innere Abstüt
zung, im allgemeinen ein Rohr, fungiert also als Wickelkern, der
eine definierte Faserablage mit sogenannten Endlosfasern möglich
macht. Das bewickelte Rohr wird dann vorzugsweise mit leichtem
Preßsitz in eine drehbare Hohlform (Schleuderform) eingeschoben
beziehungsweise eingelegt und die Form in Umdrehung versetzt. In
folge der Fliehkräfte werden die Fasern an die Wandung der Hohl
form gepreßt, wobei die Faserorientierung in den Schichten im we
sentlichen erhalten bleibt. Wird nun die innere Abstützung oder
der gesamte Verbundkörper auf eine Temperatur oberhalb des
Schmelzpunktes des thermoplastischen Kunststoffes erwärmt, so
wird aufgrund der Fliehkräfte die Thermoplastschmelze in der Fa
serwicklung ausgebreitet. Es ist auch möglich, die innere Abstüt
zung oder den gesamten Verbundkörper außerhalb der Hohlform zu
erwärmen und erst dann in diese einzubringen.
Für die innere Abstützung sind praktisch alle thermoplastisch
verarbeitbaren Kunststoffe geeignet, z. B. Olefinpolymerisate, wie
Polyethylen oder Polypropylen; Styrolpolymerisate, wie Polystyrol
oder Copolymere des Styrols mit bis zu 50 Gew.-% Acrylnitril,
α-Methyl-Styrol, Maleinsäureanhydrid, Methylmethacrylat, sowie
kautschukmodifizierte Styrolpolymerisate, vorzugsweise solche,
die 2 bis 25-Gew.-% eines Butadienkautschuks enthalten; Poly
amide, Polymethylmethacrylat, Polybutylenterephthalat, Polyester
aus Terephtalsäure und gesättigten Diolen, Polycarbonat, Polyure
thane, sowie Mischungen dieser Polymerisate. Außerdem eignen sich
die eine erhöhte Wärmeformbeständigkeit aufweisenden und schwer
entflammbaren aromatischen Polyether und Polythioether sowie Po
lyphenylensulfide.
Diese Kunststoffe können die üblichen Zusatzstoffe, wie Füll
stoffe, Pigmente, Farbstoffe, Antistatika, Stabilisatoren, Flamm
schutzmittel oder Gleitmittel enthalten.
Die Herstellung der rohrförmigen Abstützung erfolgt nach an sich
bekannten Verfahren, beispielsweise nach dem Extrusions- oder
Spritzgießverfahren.
Als Fasern kommen die in der Faserverbundtechnik üblichen Ver
stärkungsfasern wie Glas-, Kohlenstoff- oder Kunststoffasern in
Betracht. Die Fasern werden in zwei oder mehreren Schichten unter
Winkeln von 0° bis 90° auf die innere Abstützung gewickelt. Gege
benenfalls können die Fasern mit einem thermoplastischen Kunst
stoff getränkt oder laminiert werden.
Das Verhältnis Kunststoff zu Fasern wird im allgemeinen so
gewählt, daß der fertige Hohlkörper zwischen 10 und 70, vorzugs
weise 20 bis 60 Vol.-% Fasern enthält.
Der aus der Abstützung und der Faserwicklung bestehende Verbund
körper wird auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes,
zweckmäßig etwa 20°C bis etwa 70°C oberhalb des Schmelzpunktes des
thermoplastischen Kunststoffes erwärmt. Dies geschieht beispiels
weise, indem der Verbundkörper durch einen Ofen geführt wird. Es
ist jedoch auch möglich, nur die rohrförmige Abstützung mittels
IR-Strahlen vor oder nach dem Einbringen des Verbundkörpers in
die Hohlform zu erwärmen, wobei die Wärmezufuhr während des
Schleudervorganges aufrechterhalten wird.
Die zur Erzielung einer gleichmäßigen Ausbreitung der Kunststoff
schmelze in der Faserwicklung benötigte Umlaufgeschwindigkeit der
rotierenden Hohlform richtet sich nach der Viskosität der Kunst
stoffschmelze, nach dem Durchmesser und der Wanddicke des Hohl
körpers. Sie kann durch einfache Vorversuche leicht ermittelt
werden. Insgesamt hat sich eine Umlaufgeschwindigkeit beziehungs
weise haben sich Zentrifugalkräfte entsprechend einem auf die In
nenwand der Hohlform wirkenden Druck von etwa 2 bis 7 bar als be
sonders vorteilhaft erwiesen.
Um die Chemikalienbeständigkeit der Hohlkörper zu verbessern,
kann nur ein Teil des thermoplastischen Kunststoffs der inneren
Abstützung in der Faserwicklung ausgebreitet werden. Es verbleibt
dann auf der inneren Mantelfläche des Hohlkörpers ein sogenannter
Liner aus unverstärktem Kunststoff.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der aus der inne
ren Abstützung und der Faserwicklung bestehende Verbundkörper in
ein Rohr aus thermoplastischem Kunststoff mit enger Passung ein
geschoben und das Ganze in der rotierenden Hohlform erwärmt. Wäh
rend des Schleudervorgangs drückt sich das spezifisch schwerere
Fasermaterial in beziehungsweise durch die Schmelze des äußeren
Rohres, so daß sich eine vollständige Benetzung des Fasermate
rials ergibt. Dabei kann das den Verbundkörper umgebende Rohr aus
einem thermoplastischen Kunststoff bestehen, der mit dem thermo
plastischen Kunststoff der inneren Abstützung affin ist, jedoch
einen höheren Schmelzpunkt hat. In diesem Fall schmilzt das äu
ßere Rohr nicht vollständig auf, sondern verschweißt nur mit der
inneren Abstützung, und es entsteht am fertigen Hohlkörper eine
äußere Schutzschicht.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich hochfeste Hohl
körper, z. B. Rohre, rohrförmige Torsionsstäbe, Druckbehälter und
dergleichen einfach und besonders rasch herstellen. Die Hohl
körper sind frei von Lunker und Fehlstellen und zeichnen sich
durch eine gleichmäßige Wanddicke sowie sehr glatte Oberflächen
aus. Aufgrund der thermoplastischen Matrix können derartige Hohl
körper nach ihrem Erwärmen verformt und auch verschweißt werden.
Sie sind ohne Probleme recycelbar.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Hinweis auf die Zeichnung
anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Zur Herstellung eines Torsionsstabes von 100 mm Durchmesser und
1000 mm Länge wird ein extrudiertes Kernrohr aus Polyamid 6 von
94 mm Außendurchmesser und 2 mm Wanddicke in eine drehbankähn
liche Wickelmaschine gespannt. Auf die als innere Abstützung fun
gierende Kernrohr werden Fasern aus sogenanntem E-Glas eines
Titers von 1200 tex in 12 Schichten aufgewickelt. Der Wickel
winkel der Schichten beträgt ±45°; die Wickelschicht-Dicke
insgesamt 3 mm.
In einem zweiten Arbeitsgang wird der Verbundkörper (3) in eine
von einem Motor (2) antreibbare Hohlform (1) - Schleuderform -
mit einem Innendurchmesser von 100 mm eingeschoben und mittels
einer verfahrbaren und mit Infrarotstrahlen (4) bestückten Lanze
(5) auf eine Temperatur von 260°C erwärmt. Während des Erwärmens
beziehungsweise Aufschmelzen der inneren Abstützung des Verbund
körpers wird die Hohlform auf eine Drehzahl von 11 000 min-1 be
schleunigt, und es wird über ein Zuführrohr (6) Inertgas in das
Innere des Verbundkörpers geleitet. Der Inertgasdruck beträgt
1 bar.
Nach 5 min ist die innere Abstützung vollständig aufgeschmolzen
und die Kunststoffschmelze gleichmäßig in der Faserwicklung
verteilt. Das so hergestellte Torsionsrohr kühlt nach Wegnahme
der Infrarotstrahler rasch ab und kann einfach der Schleuderform
entnommen werden. Entsprechend der Faserorientierung von ±45°
eignet sich dieses Rohr besonders gut zur Übertragung von Tor
sionsmomenten.
Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern, z. B. Rohren, rohr
förmigen Torsionsstäben, Druckbehältern und dergleichen,
welche aus faserverstärkten Kunststoffen mit wenigstens zwei
Schichten mit unterschiedlich zur Längsrichtung orientierten
Fasern aufgebaut sind, bei dem der Hohlkörper erhitzt und mit
einer radial nach außen wirkenden Kraft beaufschlagt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern auf eine rohrförmige
innere Abstützung aus thermoplastischem Kunststoff gewickelt
werden, ,die Abstützung oder der gesamte Verbundkörper auf
eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des thermoplasti
schen Kunststoffes erwärmt und der Kunststoff in einer rotie
renden Hohlform durch Zentrifugalkräfte in der Faserwicklung
ausgebreitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
auf die rohrförmige innere Abstützung gewickelten Fasern mit
einem thermoplastischen Kunststoff getränkt oder laminiert
sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
innere Abstützung auf eine Temperatur von etwa 20°C bis etwa
70°C oberhalb der Schmelztemperatur des thermoplastischen
Kunststoffes erwärmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
erwärmte thermoplastische Kunststoff durch Zentrifugalkräfte
entsprechend einem auf die Innenwand der Hohlform wirkenden
Druck von etwa 2 bis 7 bar in der Faserwicklung ausgebreitet
wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur
ein Teil des thermoplastischen Kunststoffs der inneren
Abstützung in der Faserwicklung ausgebreitet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
aus der inneren Abstützung und der Faserwicklung bestehende
Verbundkörper in ein Rohr aus thermoplastischem Kunststoff
mit enger Passung eingeschoben und das Ganze in der rotieren
den Hohlform erwärmt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das
den Verbundkörper umgebende Rohr aus einem thermoplastischen
Kunststoff besteht, der mit dem thermoplastischen Kunststoff
der inneren Abstützung affin ist, jedoch einen höheren
Schmelzpunkt hat.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934300208 DE4300208A1 (de) | 1993-01-07 | 1993-01-07 | Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus faserverstärkten Kunststoffen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934300208 DE4300208A1 (de) | 1993-01-07 | 1993-01-07 | Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus faserverstärkten Kunststoffen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4300208A1 true DE4300208A1 (de) | 1994-07-14 |
Family
ID=6477812
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19934300208 Ceased DE4300208A1 (de) | 1993-01-07 | 1993-01-07 | Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus faserverstärkten Kunststoffen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4300208A1 (de) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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DE102007037680A1 (de) | 2007-08-10 | 2009-02-12 | Volkswagen Ag | Verfahren zur Herstellung eines partiell mit Endlosfasern verstärkten Spritzgussbauteils und Werkzeugform für das Spritzgießverfahren |
DE102008005970A1 (de) * | 2008-01-24 | 2009-07-30 | Volkswagen Ag | Faserverstärktes Verbundbauteil sowie Verfahren zu seiner Herstellung |
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-
1993
- 1993-01-07 DE DE19934300208 patent/DE4300208A1/de not_active Ceased
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Legal Events
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