DE2135181A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Her stellung eines faserverstärkten Werk Stoffs und von Werkstucken hieraus - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Her stellung eines faserverstärkten Werk Stoffs und von Werkstucken hierausInfo
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Description
Patentanwälte
Dfpl. Ing. o. Wallach
Dipl. Ing. S. Koeh
D^i--^h 2135181 1 4. JUL11971
Kauüngerstr.8,Tei.24Q2» 13343
The Secretary of State for Defence London / Großbritannien
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines faserverstärkten Werkstoffe und von Werkstücken hieraus
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines faserverstärkten Werkstoffs und von Werkstücken hieraus*
Für mannigfache konstruktive Zwecke haben faserverstärkte Werkstoffe wegen ihrer Eigenschaftskombination von geringem Gewicht
und hoher Festigkeit, die durch Verwendung von Fasern aus bei» splelsweise Kohlenstoff« Bor oder Olas erzielbar ist, erhöhtes
Interesse gefunden. Zur Herstellung derartiger Werkstoffe sind zwei grundsätzliche Verfahren bekannt« das Faden- bzw* Faserwickelverfahren und das Auflegverfahren. Bei den ersten Verfahren wird ein Faden bzw. Strang, der wenigstens eine mit
einem Matrix-Material überzogene Faser umfaßt, zur Herstellung
des Werkstoffs auf einen Dorn oder Formkern aufgewickelt] bei dem zweiten grundsätzlichen Verfahren werden mehrere Folien
aus den Fasermaterial» die mit dem Matrix-Material vorimprägniert werden, zur Herstellung des Werkstoffs aufeinanderge»
sohiohtet. Bei dem ersterwähnten Aufwickelverfahren wird der
Werkstoff normalerweise in seinem aufgewlokelten Zustand zur
Herstellung des gewünschten Formkörpers durch Erhitzen ausgehärtet; bei dem an zweiter Stelle erwähnten Auflegeverfahren
wird das Material nach dem Auflegen der Faserschichten normalerweise unter Hitzeanwendung gepreßt, um überschüssiges Matrix«
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harz su entfernen und den Verbundwerkstoff auszuhärten·
Beide vorstehend erwähnten Verfahren haben Nachteile. So ist
das ersterwähnte AufwiekQlim^fghren im wesentlichen auf die Her»
etslluiig iron Gegenständen in Form von Rotationskörpern beschränkt;
Bei dem zweiten ¥®rfahr®a ist ©lsi© sefer genaue Kontrolle erforderlieh,
um einen Schlupf dǤia Fasern In dem Partigerzeugnis zu
Man hat barelts ein Verfahsrai vorgeeehlageA, bsi welchem die
. Vaiero asuiiSehat verwebt imä esdäam la SppitzguBvepfahren mit
d®» MäX^i^^Kaßaylal ^apgasassi υβ^ύβη^, ijsfesi di@ Fasern durch
di· W(S^warMMtäag wffiifasd alea Spi5itEgi©B¥©rfattr©ns in ihrer
!3h<<§ii weräan» Dleaas ?er3falirsa ist in dar Ausführung
aetoiarlg ussä kompIlsieFfc und da*i@r kostspielig.
Vorliagende Sriliidung soll ©la Verfahren aur Her-
ri ¥©rks'fe©ffs bzw. ύοπ fertigen
geasiiaffen ΐί®Μθη3 teal welchem die
üaohteil« dar b©kassätsii ¥®^fahren weitgehend
if erden·
iafc bsi #iata ¥9vfeihren aur H@sästallung ein®s
W^rkstoffa g@«iES dei3 ^finäutig vorgesehen,
ά&Β nail ®iti& ¥i#lsahl fo» slit slüsia iber^tig aus @inem fchermoplastisobeii
©asp ®in®3s «anaeaiärubareiä Material versehenen
Fasern auflegt«--wenigstens mlnmi fall ums thermoplastischen
oder wMräEShärtifearaii ilbeFs-ags^aterlals erhitzt, um die Fasern
zueaoraenzuhalt@n9 und sodann Im 3p*lt2sgu£i?@i*fahr@n ein Matrix-Haterial
zur Ausfüllung d@r iwisehenrMume zwischen den Fasern
einspritzt.
Vorzugsweise warden die Fasera« w@ioh® durch die geschmolzenen
oder wSrmogehärteten überzüge zusammengehalten werden« in einer
Preß- bzw. SpritzguSforai angeoi^dsaet, welche der für das Fertig-
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epzeugnls gewünschten Pore entspricht.
Die SpritzguBform kann Eintritte- und Austrittsöffnungen für
des in Spritzgußverfahren einzubringende Matrixmaterial aufweisen« wobei - um Leerrluee im Bereich der Auetritteöffnung
zu vermeiden - diese mit einer Drossel- oder Absperrvorrichtung versehen sein kann, welche eine freie Strömung des Matrix-Materials aus der AustritteSffnung verhindert.
Vorzugsweise wird als Matrix-Material ein wärmehärtbares Kunstharz verwendet} dieses kam dann in seinem fließfähigen Zustand
vergossen und aneohlieflend zur Aushärtung erhitzt werden*
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden als
Pasermaterlal Kohlenstoffasern und als thermoplastisches Material Polysulphon verwendet.
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Zn folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand
der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigern
dee erfindungsgemäßen Verfahrens« Figo 2 eine Sohnittaneicht in Schnitt längs der Linie 2-2 in
Pig. 1.
Fig. 3 eine Detailansicht eines Teils aus Fig. 1« wobei dieser
Die in flg. 1 gezeigte Vorrichtung weist eine Preßform 10 mit Eintritts- und Austritteöffnungen 11 und 12 an ihren gegenüberliegenden Stirnseiten auf. Die Eintrittsöffnung let über einen Einweg-Sohmiernlppel 13 mit einem mit Kraftantrieb versehenen Kolben-Zylinderaggregat 14 mit einem Besohickungseingang 15 verbunden·
16 verbunden, die ebenfalls ein Kolben-Zylinderaggregat darstellt,
wobei der Kolben mit Hilfe einer Schraubkappe 17 unter Federvorspannung βtent, derart, daß je nach der Stellung der Schraubkappe
17 die Vorspannfeder entweder den Strömungsraittelelntritt in das
Kolbenaggregat aus dem Kanal 12 verhindert oder aber der Austrittskanal 12 über eine Kunstharzfalle 19 mit einer Vakuumpumpe l8 in Verbindung steht.
Fig. 2 zeigt den Aufbau der Preßform 10 in Gestalt eines an der
Oberseite offenen Trogs bzw. Kastens 20 mit einem Deckel 21, der mittels Bolzen 22 auf dem Trog befestigt 1st.
Zm folgenden wird die Wirkungsweise der Vorrichtung bei der
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben! Zn dem Trog 20 werden Fasern, die mit einem überzug aus einem thermoplastischen Material versehen sind, aufgelegt. Jeweils nach dem Auflegen jeder Schicht In dem Trog wird ein
erhitzter Gegenstand wie beispielsweise ein Löteisen in vorgegebenen Stellungen gegen die Schicht gepreßt, derart, daß
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die therraoplastischen überzüge an benachbarten Fasern und zwar
sowohl In der obersten Schicht, als auch zwischen dieser und
der nächstunteren Schicht* zum Schmelzen gebracht werden. Hierfür geeignete Fasern mit Thermoplast-Überzug können beispielsweise dadurch hergestellt werden, daß man Kohlenstoffasern in
eine Polysulphon-Lösung eintaucht und anschließend erhitzt, derart, daß das Kunststoffmaterial fließfähig wird und die
Fasern glelohmäßig überzieht.
Dieses Verfahren wird so lange fortgesetzt, bis eine genügende Anzahl dtrartiger Sohiohten aufgebaut ist; «β sei besonders betont, dafl in bestimmten Fällen die Schichten «uoh Querlagen
aufweisen können. Normalerweise wird die Anzahl der Sohiohten
so gewühlt, daß beim Auflegen des Deckels 2t auf die Oberseite des Kastens und Anziehen der Schraubbolzen 22 die Faserschichten noch zusätzlich miteinander verpreßt werden.
Die Preßform enthält somit dann eine Vielzahl von mit überzug
versehenen Fasern, die durch das geschmolzene Kunststoffmaterial in ihrer Lage gehalten werden, wobei Zwischenräume
zwischen den Fasern bestehen. Zur Imprägnierung der Fasern mit dem Matrix-Material, im speziellen Beispielsfall einem
wärmehärtbaren Bpoxy-Kunstharz, wird dieses durch den Beschikkungseingang 15 In)IaS Kolben»Zyllnderaggx*egat 14 eingegeben.
Sodann wird das Kolben-Zylinderaggregat betätigt, derart, daß
das flüssige Kunstharz durch den Eintrittskanal 12 In die Preßform hineingedrückt wird und die poröse Fasemiasse durchdringt.
Oleiahzeitig wird die Vakuumpumpe 18 betätigt, um die Preßform
zu evakuieren, und hierzu die Schraubkappe 17 gelockert. Dieser
Zustand wird aufrecht erhalten, bis das Kunstharz die Auetrittsöffnung 12 erreicht. Sobald dies der Fall 1st, was visuell durch
das Rohr 12 oder auoh anhand der verpreßten Kunstharzmeng· festgestellt werden kann, wird die Schraubkappe 17 festgezogen
(vergl. Fig. j5), wodurch einerseits die Verbindung zu der Vakuumpumpe 17 durch den Kolben verschlossen und gleichzeitig der Kolben in Tätigkeit gesetzt wird
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Dae Kunstharz fließt in die Austrittsöffnung und durch diese
indas Kolben-gylinderaggregat 16. Dem Eintritt des Kunstharzes
in den Zylinder 1δ wirkt dar Druck der Vorspannfeder auf den
nunmehr wirksamen Kolben entgegen; diese Federvorspannung bewirkt einen Rückstaudruck in dem Kunstharz, derart, daß dieses
den an die Auatrittsöffnung anschließenden Tail der Preßform
vollständig ausfüllt und nicht mehr oder weniger stromlinienförmig
in die Austrittsöffnung strömt und hierbei Leeretellen
In Bereich der Ecken an der Oberseite der Preßform verbleiben.
SpritsguB^orgÄBg wLieA fortgesetzt, bis dia Fora aus-
gefüllt 1st. Sodann wird die Fons von den Eingänge-
und AoagengeüTißOfelÜasen. mittels des Hippeis 13 und eines entsprechenden
&üsgangs-V3PMndiHig3stück3 abgetrennt und auf eine
von dem Jeweüs verwendeten Kunstharz abhang ende« zum Aushärten
des Harzes ausreichende Temperatur erhitzt. Der ausgehärtete Gegenstand kann sodann nach Abnehmen des Deckels aus der Form
entnommen werden» In manchen Fällen kann das Harz vor dem Aushärten
nur ein® geringe Viskosität besitzen; der Anschlußnippsl
13 verhindert dann sin Austraten des Kunstharzes an
der Unters ei t® dar Form iwiü dadurch bedingte Leerräume,
Anattll® der mit Fedanrerspannugig arbeitenden Sperr- bzw. Drosselvorrichtung
16 kann auch eins Ventilanordnung verwendet werden,
welohe dem Kanal IS !Vollständig absperrt, sobald das Kunst
hars diesen iC&iml &rr*»ietit. Mittels der Pumpe 14 wird dann die
Spritzgußforus unter Druck gesetzt» bis das Kunstharz zu fließen
aufhört j im typisohen Fall kann ein Druck von 50 bis 200 psi
angewandt werden.
Man erkennt, daß die Erfindung die Anwendung des Spritzgußverfahrens
mit seinen sämtlichen Vorteilen auf die Herstellung von faserverstärkten Verbundwerkstoffen ermöglicht. So kann
das Verhältnis von Faser- zu Kunstharzanteil innerhalb enger Grenzen vorgegeben werden, und die Herstellung eines von Leerräuman
freien Verbundwerkstoffs mit dem gewünschten Maß an Ver-
BAD ORfGfNAL 209809/1060
st&x-kung an den
Auch ist es bei dem erfividuiigfL?£n&£ß«&i- i? erf »r. ren »itüht
derlich, Kunsth^rz-e zu "«nceni·.^., cirl1 ;:oi ί i^mörttiiaperat.nr
zähklebrig sind/ dieses Lei ö*;« ηοϊΈ*ϋ.£ϊΐ Awflegverfahret-. gegebene
Erfordernis erleg*·- «rfa'vfeXieb.* FiRpoforaßkungen hinsieht-Hob
der verwendbaren
Me Erfindung b^t^ifft Plaht mir 31- v^rfe't;-' "i.tsng ^on iah.! i
'and anderen Vieri^«^offetCöfeoai, «esaSe;.-.·.:. J.Bf?b'----:.-.;iidei*e ausb «on
^ertj.gerzeugniefff*it. So können s&X&pi it.&mi.r** vorteilhaft Dchau
fein für GaaturtoinsntriebxeiHce nach deaa ».T-nudiaRgBgerifBen Verfahren
hergestellt werden.
Aus der vorhergehenden Biiecüreisung. 3se aunb erkennbar,
tatsSchlich nur eine geringe J?re*£*axg Iks der SpritzgußfcriL
eriolgt, so daß keine bescnder* ntßiJfirfii uad teuren Formon
und anderweitige PreSwerkseug^ ;?'- T'aviffcaritr-ieb bsftöt-.ί5t werden,
was eine erhebliche Einsparung an Werkzeugkasten ermöglicht.
Das vorstehend beschriebene Verfahren ist in mehrfacher Hin»
eicht abwandelbar. So können bei Verwendung feines thermoplastischen
ÜberzugsmateriftJ 8 verschiedene Techniken zur Erhitzung
und zum Schmelzen der überzüge vor u'm Spritzgießen des Matrix-Materials
verwendet werden. Beispielsweise kennen hierzu heiße
Walzen oder ein PunktschweiBverffüiren verwendet werden, bei
welchem zwischen zwei Elektroden elektrischer Strom durch die
überzogenen Fasern geleitet wird., der die Überzüge erwärmt
und zum Schmelzen bringt.
Alternativ kann statt einem thermoplastischen Überzug auch
ein überzug aus einem wSroeiiSrtbaren Material wie beispielsweise
ein Epoxy-Harz verwendet -itevd^n. Die Fasern können hierbei
durch Eintauehen oder Sprühen aus der Lösung mit dem überzug
versehen werdea, unä sof-ann nßch dem Trocknen wie oben beschrieben
aufgelegt werden. Om die Fasern zusammenzuhalten,
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BAD ORIGINAL
mußte der Überzug ausgehärtet werden« indem man die aufgelegten
Fasern während einer von dem Jeweils verwendeten Kunstharz abhangigen Zeitdauer und auf einer ebenfalls von dem Kunstharz
abhängigen Temperatur erhitzt.
.A Patentansprüche t
Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Werkstoffs und von Werkstücken hieraus, dadurch gekennzelch«
net, daß man eine Vielzahl von mit einem Überzug aus einem
thermoplastischen oder eintm wäitnehärtbaren Material
versehenen Pasern auflegt, wenigstens einen Teil d@s thermoplastischen
oder wärmehärtbaren ÜberzugsHnafeerials erhitzt,
um die Pasern zusammenzuhalten, und sodann Im Spritzgußverfahren
ein Matrix-Material zur Ausfüllung dar Zwischenräume zwischen den Pasern einspritzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
daß die Fasern vor d©ra Spritzgießen des Matrix-Materials
in einer Spritzgußform angeordnet werden«
3· Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet,
daß vor dem Spritzgießen des Matrix-Materials die Luft aus der Spritzgußform evakuiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, daduroh g e k a η η ζ e i c h net,
daß die Austrittsöffnung (12) der Spritzgußform (10) gedrosselt bzw. abgesperrt wird, sobald Matrix-Kunstharz
aus der AustrittBÖffnung auszutreten beginnt.
5· Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet,
daß die Austrittsöffnung (12), sobald Matrix-Kunstharz aus ihr auszutreten beginnt, abgesperrt wird und Matrix-Kunstharz
noch weiterhin unter Druck in dia Spritzgießform zugeführt wird, derart, daß in dieser ein Preßdruck erzeugt
wird.
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BAD ORiGINAl
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche»
dadurch gekennzeichnet , daß die
Erwärmung des Oberzugs durch Berührung mit einem heißen
Gegenstand erfolgt.
7* Verfahren nach einem oder mehreren dar Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeic h η e t , daß der überzug
duroh einen hindurohgeleitet@n elektrischen Strom erwärmt wird.
8· Verfahren naoh einem oder mehreren dar vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet , daß ale ,
überzug ein wärmahärtbares Material verwendet wird und
die aufgelegten Fasern vor d@m Spritzgießen des Matrix·»
Materials zur Aushärtung des wärmshärtbaren Materials in
einem Ofen erhitzt werden.
9· Verfahren naoh einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche
1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dafi als Matrix-Material ein wärra@fcärtbaras Material verwendet
wird, das in aeinem fließfähigen Zustand im Spritzgußverfahren
eingeführt und anschließend zum Aushärten erhitzt
wird.
10. Verfahren naoh einem oder mehr@x»©n der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekannt ©lohnet , daß als
Verstärkungsfasern Kohl ens t of fasern verwendet werden.
BAD ORIGINAL
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB3419970 | 1970-07-14 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2135181A1 true DE2135181A1 (de) | 1972-02-24 |
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| DE2135181C3 DE2135181C3 (de) | 1976-01-08 |
Family
ID=10362619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| Country | Link |
|---|---|
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| DE (1) | DE2135181C3 (de) |
| FR (1) | FR2098395B1 (de) |
| GB (1) | GB1325707A (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4692291A (en) * | 1980-04-14 | 1987-09-08 | Union Carbide Corporation | Molding method using fast curing fiber reinforced, low viscosity thermosetting resin |
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- 1970-07-08 GB GB1325707D patent/GB1325707A/en not_active Expired
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- 1971-07-13 FR FR7125733A patent/FR2098395B1/fr not_active Expired
- 1971-07-14 DE DE19712135181 patent/DE2135181C3/de not_active Expired
- 1971-07-14 JP JP5186371A patent/JPS5345350B1/ja active Pending
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| FR2098395B1 (de) | 1975-08-29 |
| DE2135181C3 (de) | 1976-01-08 |
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| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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