NL1023425C2

NL1023425C2 - Werkwijze en inrichting voor de vervaardiging van een vezelversterkt kunststof product.

Info

Publication number: NL1023425C2
Application number: NL1023425A
Authority: NL
Inventors: Edwin Cornelus Felix Car Herpt
Original assignee: Tno
Priority date: 2003-05-14
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2004-11-16
Also published as: DE602004005446T2; WO2004101259A2; CA2525593A1; EP1626860B1; NZ544043A; US20070158874A1; CN1822944A; AU2004238746A1; DE602004005446D1; ATE357330T1; EP1626860A2; AU2004238746B2; JP2007502226A; BRPI0410298A; HRP20070275T3; SI1626860T1; NO20055939L; ES2285483T3; WO2004101259A3

Description

Titel: Werkwijze en inrichting voor de vervaardiging van een vezelversterkt kunststof product

Gebied van de uitvinding

De uitvinding heeft betrekking pp een werkwijze voor de vervaardiging van een vezelversterkt kunststof product. Meer in het 5 bijzonder betreft de uitvinding de wijze van verdeling van vloeibaar kunststofmateriaal tijdens het vervaardigingsproces. Nog meer in het bijzonder betreft de uitvinding de vervaardiging van een vezelversterkt kunststof product waarbij gebruik wordt gemaakt van een proces dat wordt aangeduid als Vacuum Assisted Resin Infusion (VARI), korter aangeduid als 10 harsinjectie, waarbij: - een versterkingspakket tegen een vormwand wordt geplaatst; het versterkingspakket door een op de vormwand afdichtend aansluitende, luchtdichte afdekking in hoofdzaak luchtdicht wordt afgedekt; - op het samenstel van vormwand en afdekking een afvoer voor lucht en een 15 toevoer voor vloeibaar kunststofmateriaal wordt aangesloten; - de druk in de ruimte tussen de vormwand en de luchtdichte afdekking op een eerste waarde dl wordt gebracht, die zodanig lager is dan een druk dO buiten die ruimte dat het vloeibare kunststofmateriaal de door het versterkingspakket gevormde ruimte tussen de afdekking en de vormwand 20 doorvloeit en verder opvult. Het vloeibare kunststofmateriaal wordt met andere woorden door het verschil tussen de omgevingsdruk dO en de lage druk dl in het vezelpakket gezogen of "geïnjecteerd".

Tevens heeft de uitvinding betrekking op een inrichting voor het uitvoeren van een dergelijke werkwijze.

25

Achtergrond van de uitvinding

Voor een goede verspreiding van de vloeibare hars over een droog vezelpakket bij harsinjectie zijn runnerkanalen noodzakelijk. Bekend is om 30 deze kanalen bijvoorbeeld te vormen door metaal- of kunststof spiralen of 1 Π O Q λ 9 ς Η I 2 kunststof profielen tussen het vezelpakket en de folie, waarmee de mal wordt afgedicht, te leggen. Wanneer tussen folie en mal vacuüm wordt I aangebracht, met andere woorden, bij evacuatie van het vezelpakket, zullen I de spiralen een open ruimte creëren. Door deze ruimte kan de hars I 5 eenvoudig over grote afstanden over het vezelpakket verspreid worden.

I Omdat de afstand die de hars door een vezelpakket kan afleggen beperkt is, I is het runnerpatroon bij grote composiet producten, zoals jachten, vaak complex. Grote delen van jachten etc. kunnen "zichtdelen" zijn welke

I absoluut geen defecten mogen vertonen. Voor deze delen wordt een Klasse-A

I 10 oppervlak vereist.

I Een van de grote nadelen van de bekende runners is de aftekening aan de buitenzijde (aan de andere kant als waar de runner is aangebracht) I van het composietproduct nadat het uit de mal wordt gelost. Oorzaak I hiervan is onder meer de lokale harsrijke plek direct naast de runner en I 15 in drukking van deze runner in het vezelpakket. Verder kost het aanbrengen I van dergelijke (door hun aard niet herbruikbare) runners extra materiaal en arbeid.

I Samenvatting van de uitvinding I 20 I De uitvinding beoogt het probleem van de ongewenste aftekening I van de bekende runners aan de "zichtzijde" van kunststof producten op te I lossen. Voorts beoogt de uitvinding de productiekosten te verlagen door I hergebruik van middelen.

I 25 Daartoe wordt er overeenkomstig de uitvinding bij een werkwijze I van de in de aanhef omschreven soort voorgesteld, dat I - op één of meer plaatsen tegen de luchtdichte afdekking een kanaaldeel I wordt aangebracht dat de vorm heeft van een open goot met gootranden die I luchtdicht met de afdekking worden verbonden, welk kanaal vormvaster I 30 wordt uitgevoerd dan de afdekking; I - de druk binnen het kanaaldeel op een tweede waarde d2 wordt gebracht, I die zodanig lager is dan de eerste waarde dl dat de afdekking in het kanaaldeel wordt gezogen en het kanaaldeel althans deels met vloeibaar I kunststofmateriaal wordt gevuld; I 1 Π o o , o I- 3 - nadat het vloeibare uitgangsmateriaal in voldoende mate de ruimte tussen de afdekking en de vormwand heeft opgevuld, de druk in het kanaaldeel op een derde waarde d3 wordt gebracht, die zodanig is dat de afdekking en daarmee de zich in het kanaaldeel vloeibare kunststof uit het kanaaldeel 5 wordt gedrukt.

Er wordt dus gebruik gemaakt van één of meer kanaaldelen op plaatsen waar ten behoeve van de doorstroming van de vloeibare kunststof een runnerkanaal gewenst is. De kanaaldelen worden luchtdicht tegen de afdekking (folie) bevestigd en vormen als het ware een buitenmatrijs voor 10 tijdelijke runnerkanalen. Tijdens of na het vullen (injecteren) van de door het versterkingspakket gevormde ruimte tussen de afdekking en de vormwand onder invloed van de lage druk dl, wordt de druk binnen het kanaal op een waarde d2 gebracht, lager dan dl, waardoor de folie het kanaaldeel wordt binnengezogen. Als gevolg daarvan wordt ook de aldus 15 ontstane ruimte van de kanaaldelen gevuld door de nog steeds toegevoerde vloeibare kunsthars, en vervult aldus de functie van runnerkanaal.

Nadat het vloeibare uitgangsmateriaal in voldoende mate is geïnjecteerd, wordt de druk in het kanaal op een waarde d3, hoger dan d2 en dl (bijvoorbeeld weer gelijk aan de omgevingsdruk dO) gebracht, 20 waardoor de afdekfolie weer het kanaal uit tot in zijn het versterkingspakket afdekkende uitgangsconfiguratie wordt gedrukt. Het gevolg is dat, na het uitvoeren van de harsinjectie-stap, de tijdelijke runnerkanalen, gevormd door de tegen de binnenzijde van de kanaaldelen gedrukte afdekfolie, weer verdwijnen. Doordat de runnerkanalen aldus 25 alleen bestaan tijdens het injecteren van de vloeibare hars en daarna weer worden geëlimineerd, doen zich tijdens het uitharden van de kunsthars ook niet de genoemde het (gladde) aanzien van dé naar de vormwand toegekeerde zijde aantastende effecten voor.

Bij voorkeur wordt het kanaaldeel tegen de luchtdichte afdekking 30 aangebracht alvorens het vloeibare kunststofmateriaal de door het versterkingspakket tussen de afdekking en de vormwand gevormde ruimte doorvloeit en opvult.

De luchtdichte afdekking wordt bij voorkeur ten opzichte van het kanaaldeel gevormd door een materiaal van zodanige elasticiteit en 1023425 I uitgevoerd wordt met een zodanige wanddikte dat de afdekking vanuit een het versterkingspakket afdekkende uitgangsconfiguratie elastisch I vervormend in het kanaaldeel kan worden gezogen, bij voorkeur tot in een, I een binnencontour van het kanaaldeel volgende configuratie. Het voordeel I 5 van toepassing van een elastisch materiaal is dat dit zich gemakkelijk naar I de binnenzijde van de kanaaldelen kan vormen.

I Er kan voor gekozen worden een niet-voorgevormde elastische folie te gebruiken. Gebruik van een dergelijke folie is betrekkelijk goedkoop.

I Daar de kanaaldelen voldoende gas- of luchtdicht tegen de I 10 afdekfolie moeten worden bevestigd wil het mogelijk zijn om met succes de I druk binnen die kanaaldelen te kunnen regelen, is het een interessante optie om gebruik te maken van een voorgevormde afdekking om het I versterkingspakket mee te bedekken voor en tijdens de harsinjectie. De voorgevormde afdekking, inclusief de daarmee verbonden kanaaldelen, kan I 15 bij voorkeur worden hergebruikt voor de vervaardiging van meer producten I met behulp van dezelfde vormwand (binnen- of buitenmatrijs).

I De voorgevormde afdekking wordt bij voorkeur vervaardigd uit min of meer vloeibaar uitgangsmateriaal, zoals siliconenrubber of polyurethaan, dat -voorafgaand 'aan het plaatsen van het versterkingspakket etc.- tegen de I 20 betreffende vormwand wordt aangebracht. Na uitharding kan het resulterende vormstuk wordt gelost om te worden gebruikt als elastische I luchtdichte afdekking van het versterkingspakket. De kanaaldelen kunnen I bijvoorbeeld met behulp van hetzelfde uitgangsmateriaal, i.c.

siliconenrubber of polyurethaan, op de voorgevormde afdekking worden I 25 aangebracht en daarmee min of meer één geheel vormen. Het geheel kan I daarna dienst doen bij de vervaardiging van een serie van gelijke producten.

I De uitvinding heeft tevens betrekking op een inrichting voor de I vervaardiging van een vezelversterkt kunststof product. Daartoe wordt een inrichting voor de vervaardiging van een vezelversterkt kunststof product, 30 omvattende een vormwand, geschikt als buiten- of binnenvorm van het te vervaardigen product, een toevoer voor vloeibaar kunststofinateriaal, een afvoer voor lucht en een luchtdichte afdekking, geschikt voor in hoofdzaak luchtdichte afdekking van een tegen de vormwand geplaatst versterkingspakket; waarbij de inrichting voorts drukbeheersingsmiddelen I 1023425 5 omvat voor het via de afvoer voor lucht brengen van de druk in de ruimte tussen de vormwand en de luchtdichte afdekking op een eerste waarde dl, die zodanig lager is dan de druk buiten die ruimte dat het vloeibare kunststofmateriaal de door het versterkingspakket gevormde ruimte tussen 5 de afdekking en de vormwand doorvloeit, overeenkomstig de uitvinding voorzien van tenminste één, aan één zijden open, gootvormig kanaaldeel, dat met de open zijde luchtdicht afsluitend is aangebracht op de luchtdichte afdekking en vormvaster is uitgevoerd dan de luchtdichte afdekking; waarbij de drukbeheersingsmiddelen geschikt zijn om de druk binnen het 10 kanaaldeel op een tweede waarde d2 te brengen, die zodanig lager ie dan de eerste waarde dl dat de afdekking het kanaaldeel in kan worden gezogen, alsmede geschikt om, nadat het vloeibare kunststofmateriaal in voldoende mate de ruimte tussen de afdekking en de vormwand heeft opgevuld, de druk in het kanaaldeel op een derde waarde d3 te brengen, die zodanig ie 15 dat de afdekking onder wegdrukken van zich in het kanaaldeel bevindend, vloeibaar kunststofmateriaal weer tot buiten het kanaaldeel kan worden gedrukt.

Hierna wordt uitvinding nader besproken aan de hand een aantal figuren van een systeem waarmee de werkwijze volgens de uitvinding kan 20 worden uitgevoerd.

Korte beschrijving van de figuren

Onder verwijzing naar in de tekening schematisch weergegeven 25 uitvoeringsvormen zal de uitvinding thans, zij het uitsluitend bij wijze van niet beperkend voorbeeld, nader worden toegelicht.

Figuren la-d tonen verschillende stadia van de werkwijze volgens de uitvinding.

Figuur 2 toont schematisch een overzicht van een systeem waarin 30 de werkwijze kan worden uitgevoerd.

Beschrijving van de figuren

De figuren la-d tonen een deel van een vormwand 1 van een 1023425 I buiten- of binnenmatrijs waarin het betreffende product wordt gemaakt.

I Tegen de vormwand 1 is een versterkingspakket 2, bijvoorbeeld van I glasvezel- of koolstofvezelweefsel, aangebracht, dat vervolgens wordt afgedekt met een luchtdichte afdekfolie 3. Die afdekfolie 3 behoort in I 5 zoverre gas- of luchtdicht te zijn dat het vezelpakket 2 resp. de ruimte I tussen de afdekfolie en de vormwand door middel van een pompsysteem 11, aangesloten op een af voer 4, kan worden geëvacueerd tot een relatief lage I druk dl. Via een toevoer 5 wordt vloeibaar kunststofmateriaal 6, I bijvoorbeeld een mengsel van polyesterhars en harder -hierna ook I 10 kunsthars genoemd- geïnjecteerd doordat de druk dl in de ruimte tussen de I vormwand 1 en de luchtdichte afdekking 3 zo laag is dat de druk dO - I bijvoorbeeld normale omgevingsdruk of een hogere druk- het vloeibare I uitgangsmateriaal 6 in de door het versterkingspakket 2 gevulde ruimte I tussen de afdekking 3 en de vormwand 1 stuwt.

15 Tegen de buitenzijde van de luchtdichte afdekking 3 is een aan één I zijde open kanaaldeel 7 aangebracht door bijvoorbeeld verlijming van uitkragende flensranden 10 tegen die afdekking 3. Via een opening 8, I aangesloten op drukbeheersingsmiddelen i.c. het pompsysteem 11, kan de I druk binnen het kanaaldeel 7 op een waarde d2 gebracht worden, die lager 20 is dan de druk dl in de ruimte van het vezelpakket 2. Daardoor zal de folie het kanaaldeel in wordt gezogen, zoals in figuur lb en figuur lc te zien is.

De aldus ontstane ruimte 9 van het kanaaldeel 7 wordt gevuld met de nog I steeds toegevoerde vloeibare kunsthars, en vervult deze ruimte de functie I van runnerkanaal dat de doorstroming van de vloeibare hars verbetert.

25 Nadat de vloeibare hars de ruimte 2 tussen de afdekking en de I vormwand, inclusief het die ruimte vullende vezelpakket, heeft gevuld, I wordt, zoals figuur ld illustreert, door de via opening 8 op het kanaaldeel 7 I aangesloten pomp de druk in het kanaaldeel 7 naar een waarde d3 gebracht, I groter dan d2 zodat de afdekfolie binnen het kanaaldeel 7 weer op het 30 vezelpakket 2 wordt gedrukt, zodat de tijdelijke runner, gevormd door de hars die door het kanaaldeel vloeide, daarmee weer geëlimineerd is.

De afdekking 3 heeft, zoals de figuren lb en lc illustreren, bij I voorkeur zodanige elastische eigenschappen dat deze het kanaaldeel 7 kan worden binnengezogen door het wegzuigen van de lucht uit het kanaaldeel, I 1 Ö97 / O c 7 totdat daarin de lage druk d2 heerst.

Figuur 2 toont een uitvoeringsvoorbeeld van een inrichting volgens de uitvinding. De figuur toont schematisch een buitenmatrijs voor bijvoorbeeld een bootromp. Tegen de vormwand 1 van de matrijs wordt een 5 glasvezelpakket 2 gelegd, dat weer wordt afgedekt door een voorgevormde afdekking 3 van elastisch materiaal, voorzien van kanaaldelen 7. De druk in de ruimte 2 waarin het vezelpakket zich bevindt resp. binnen de kanaaldelen 7 kan worden geregeld door het op die ruimten aangesloten pompsysteem 11.

10 De voorgevormde afdekking 3 kan op de volgende wijze worden vervaardigd. Het uitgangsmateriaal, bijvoorbeeld een mengsel van vloeibaar polyurethaan met hardingsmiddel wordt -uiteraard voordat het vezelpakket 2 wordt ingelegd· tegen de (van een lossingsmiddel voorziene) binnenkant van de matrijs 1 aangebracht, bijvoorbeeld door spuiten. Het polyurethaan 15 * en de harder gaan een chemische verbinding aan, resulterend in een vormstuk van elastisch materiaal dat in voldoende mate is gevormd om dienst te kunnen doen als afdekking 3 van het vezelpakket 2 dat, na de vervaardiging van de afdekking, tegen de vormwand 1 wordt aangebracht. Vervolgens worden op die plaatsen waar dat nodig wordt geacht 20 kanaaldelen 7 aangebracht, die -de kanaaldelen zijn van voldoende flexibel materiaal- tegen de binnenzijde van de voorgevormde afdekking 3 worden gelijmd. De verschillende sub-kanaaldelen worden luchtdicht tegen elkaar aan gelijmd.

Nadat het versterkingspakket 2 en de voorgevormde afdekking 3, 25 inclusief de kanaaldelen 7 in de matrijs zijn gelegd, is het verloop van het proces zo als aan de hand van de figuren la-d is uiteengezét.

1 09 Q A 9 K *

Claims

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij het kanaaldeel tegen de I luchtdichte afdekking wordt aangebracht alvorens het vloeibare kunststofmateriaal de door het versterkingspakket tussen de afdekking en I de vormwand gevormde ruimte doorvloeit. I 30 3. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de luchtdichte afdekking ten opzichte van het kanaaldeel gevormd wordt door een materiaal van zodanige elasticiteit en uitgevoerd wordt met een zodanige wanddikte dat de afdekking vanuit een het versterkingspakket afdekkende uitgangsconfiguratie elastisch vervormend in het kanaaldeel kan worden gezogen, bij voorkeur tot in een, een binnencontour van het kanaaldeel 5 volgende configuratie.
4. Werkwijze volgens conclusie 3, waarbij de luchtdichte afdekking wordt gevormd door niet-voorgevormde folie.
5. Werkwijze volgens conclusie 3, waarbij de luchtdichte afdekking wordt gevormd door een voorgevormde afdekking.
6. Werkwijze volgens conclusie 5, waarbij de voorgevormde afdekking tevoren wordt gevormd uit min of meer vloeibaar uitgangsmateriaal dat tegen de vormwand (1) wordt aangebracht, waarna het resulterende vormstuk wordt gelost om te worden gebruikt als elastische luchtdichte afdekking (3) van het versterkingspakket (2).
7. Inrichting voor de vervaardiging van een vezelversterkt kunststof product, omvattende een vormwand (2), geschikt als buiten- of binnenvorm van het te vervaardigen product, een toevoer (5) voor vloeibaar kunststofmateriaal (6), een afvoer (4) voor lucht en een luchtdichte afdekking (3), geschikt voor in hoofdzaak luchtdichte afdekking van een 20 tegen de vormwand geplaatst versterkingspakket (2); waarbij de inrichting voorts drukbeheersingsmiddelen (11) omvat voor het via de afvoer voor lucht brengen van de druk in de ruimte tussen de vormwand en de luchtdichte afdekking op een eerste waarde dl, die zodanig lager is dan de druk buiten die ruimte dat het vloeibare kunststofmateriaal de door het 25 versterkingspakket gevormde ruimte tussen de afdekking en de vormwand doorvloeit, gekenmerkt door tenminste één, aan één zijden open, gootvormig kanaaldeel (7), geschikt om met de open zijde luchtdicht afsluitend te worden aangebracht op de luchtdichte afdekking (3) en vormvaster dan de luchtdichte afdekking; waarbij de drukbeheersingsmiddelen (11) geschikt 30 zijn om de druk binnen het kanaaldeel op een tweede waarde d2 te brengen, die zodanig lager is dan de eerste waarde dl dat de afdekking het kanaaldeel in wordt gezogen, alsmede geschikt om, nadat het vloeibare kunststofmateriaal in voldoende mate de ruimte tussen de afdekking en de vormwand heeft doorvloeid, de druk in het kanaaldeel pp een derde waarde 1023425 I 10 I d3 te brengen, die zodanig is dat de afdekking zich onder wegdrukken van zich in het kanaaldeel bevindend, vloeibaar kunststofmateriaal weer tot I buiten het kanaaldeel wordt gedrukt.
8. Inrichting volgens conclusie 7, waarbij de luchtdichte afdekking 5 zodanige elastische eigenschappen bezit dat deze het kanaaldeel kan worden binnengezogen.
9. Inrichting volgens conclusie 8, waarbij de elastische luchtdichte I afdekking is voorgevormd naar de betreffende binnen· reep. buitenvorm.
10. Kanaaldeel (7), in de vorm van een open goot met gootranden en I 10 omvattende middelen, zoals uitkragende flensranden (10), voor het afdichtend bevestigen op een luchtdichte afdekking (3) voor het in hoofdzaak I luchtdicht afdekken van een versterkingspakket (2) voor de vervaardiging I van een vezelversterkt kunststof product uit een vloeibaar I kunststofmateriaal (6). I 15 I 1°23425-