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DE10146253C2 - Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Rohre - Google Patents

Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Rohre

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Publication number
DE10146253C2
DE10146253C2 DE10146253A DE10146253A DE10146253C2 DE 10146253 C2 DE10146253 C2 DE 10146253C2 DE 10146253 A DE10146253 A DE 10146253A DE 10146253 A DE10146253 A DE 10146253A DE 10146253 C2 DE10146253 C2 DE 10146253C2
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DE
Germany
Prior art keywords
producing fiber
matrix material
fiber
reinforced pipes
pipes according
Prior art date
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DE10146253A
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DE10146253A1 (de
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Behrend Schoke
Rolf Buetje
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Airbus Operations GmbH
Original Assignee
Airbus Operations GmbH
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Publication date
Application filed by Airbus Operations GmbH filed Critical Airbus Operations GmbH
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Publication of DE10146253A1 publication Critical patent/DE10146253A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE10146253C2 publication Critical patent/DE10146253C2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/40Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/44Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using isostatic pressure, e.g. pressure difference-moulding, vacuum bag-moulding, autoclave-moulding or expanding rubber-moulding
    • B29C70/446Moulding structures having an axis of symmetry or at least one channel, e.g. tubular structures, frames

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Rohre, bei dem die Aushärtung oder Erstarrung eines aus einem Matrixmaterial sowie einer Verstärkungsfa­ ser bestehenden Gemisches in einem formgebenden beheizbaren Werkzeug und mittels eines druckbeaufschlagten Innenschlauches erfolgt.
Es sind eine Vielzahl von Fertigungsarten zur Herstellung faserverstärkter Rohre be­ kannt. Die häufigste Methode zur Fertigung vorzugsweise rotationssymetrischer Rohre ist die Naßwickeltechnik, bei der Verstärkungsfäden mit einer ummantelnden Harzbe­ schichtung mittels eines Wickelautomaten über einen Kern gewickelt werden. Ein ähnli­ ches Fertigungsprinzip wird bei der sogenannten Tapewickeltechnik angewandt. Neben diesen vergleichsweise aufwendigen Fertigungstechniken ist es insbesondere bei der Fertigung von Klimarohren für Verkehrsflugzeuge vom Typ: "Airbus" bereits bekannt, faserverstärkte Rohre mit Hilfe abwickelbarer vorimprägnierter Glasfasergewebe, soge­ nannter Prepregs, herzustellen. Bei diesem bekannten Verfahren werden die Prepregs entsprechend der vorgesehenen Rohrgeometrie zugeschnitten und in Halbschalenvor­ richtungen eingelegt, in denen sie anschließend unter Vakuum ausgehärtet werden.
Alternativ dazu werden derartige Rohre, ebenfalls unter Verwendung von Prepregs, ge­ mäß dem Verfahren der eingangs genannten Art mittels druckbeaufschlagter Silikon­ schläuche in formgebenden Werkzeugen gefertigt. Bei dieser Bauweise mittels Halb­ schalen wird das Prepreg mittels eines elastischen Schlauchs von innen an die Wandung des vor diesem Vorgang zu schließenden Werkzeuges gepreßt und anschließend aus­ gehärtet. Angewandt wird diese Technik vorwiegend für Rohre mit über die Rohrlänge angenähert konstantem Querschnitt und ohne Verzweigungen.
Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs ge­ nannten Art so auszubilden, daß auch komplexe Rohre mit mehreren Verzweigungen einschließlich der Endmuffen in einem Schuß hergestellt werden können. Zugleich soll der erforderliche Montageaufwand reduziert und ein Operieren mit Einzelteilen oder Halbfertigprodukten vermieden werden. Schließlich soll insbesondere angesichts der teilweise geringen Anwendungshäufigkeit solcher komplexer Rohre der Aufwand für das zur Herstellung benötigte Werkzeug möglichst gering gehalten werden.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch ein Verfahren gelöst, bei dem das Matrixmaterial pulverförmig auf die Innenwände des vor­ geheizten Werkzeuges aufgebracht, das Verstärkungsmaterial anschließend in das Werkzeug eingelegt und über den Schlauch fixiert wird, bei dem der Schlauch nach dem Einbringen des Werkzeuges in einen Ofen mittels Luftdruckbeaufschlagung expandiert wird und bei dem anschließend die Aushärtung oder Erstarrung erfolgt.
Die Erfindung besitzt dabei den Vorteil, daß durch die getrennte Zuführung von Matrix und Verstärkungsfaser der kostenintensive Prepregprozeß umgangen wird und somit die Werkstoffkosten deutlich reduziert werden können. Werden bei dem Verfahren nach der Erfindung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform Gestricke eingesetzt, so entfällt zudem der zeitaufwendige Zuschnitt der Gewebelagen. Außerdem werden die Belegung der Vorrichtung sowie notwendigen Vor- und Nacharbeiten durch die Verwendung von trockenem Material anstelle der bereits getränkten Gewebe wesentlich vereinfacht. Im Gegensatz zur Lagerung von Prepregs ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wei­ terhin keine Lagerung des Vormaterials im Kühlhaus erforderlich. Schließlich lassen sich bedarfsgerechte Unterschiede im Harzgehalt realisieren. Beispielsweise kann mit einem Harzüberschuß im Flanschbereich oder im Bereich der Anschlußmuffen gearbeitet wer­ den, um auf einfache Weise die erforderlichen Übergänge und Anschlüsse zu erhalten.
Die formgebenden Werkzeuge können bei dem Verfahren nach der Erfindung als glasfa­ serverstärkte Kunststofflaminate ausgeführt werden, die mittels Klammern oder Schnal­ lenverschlüssen verschlossen werden. Neben ihren geringen Kosten weisen diese Werk­ zeuge den Vorteil auf, daß sie so leicht sind, daß die Handhabung und das Schließen in der Regel von Hand erfolgen können. Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht eine problemlose integrale Fertigung von Muffen und Anschlußelementen in einem Arbeits­ gang, so daß die Durchlaufzeiten erheblich verkürzt und die Teilesteuerung in der Pro­ duktion wesentlich vereinfacht werden können.
Die Erfindung wird in einem Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
Die Figur zeigt dabei in perspektivischer Darstellung die für die Herstellung faserver­ stärkter Rohre benötigten Werkzeuge. Im einzelnen sind dies zwei Halbschalen 1 und 2 als Komponenten einer mehrteiligen Vorrichtung, ein Silikonschlauch 3 sowie, als end­ seitige Abschlüsse, zwei Flanschplatten 4 und 5.
Die beiden als formgebendes Werkzeug dienenden Halbschalen 1 und 2 sind als GFK- Laminate ausgeführt und können mittels in der Figur nicht dargestellter Klammern oder Schnallenverschlüsse für den Aushärtungsprozeß verschlossen werden. Die Beheizung der Form erfolgt in einem Umluftofen. Zur besseren Zugänglichkeit sind alle Enden und Abzweigungen werkzeugseitig mit abnehmbaren Flanschplatten 4 bzw. 5 versehen, wo­ bei über einen Stutzen 6 die zum Aufblasen des Silikonschlauches 3 erforderliche Druck­ luft zugeführt werden kann.
Zur Herstellung eines faserverstärkten Klimarohres werden die beiden Hälften 1 und 2 der Vorrichtung zunächst im Ofen erhitzt und anschließend mit einem Pulver aus einem Thermoplast oder einem Duromer, das in einem definierten Temperaturspektrum ther­ moplastisches Verhalten zeigt, bestreut. Durch eine Änderung seines Aggregatzustandes haftet dieses Matrixmaterial an den Wänden des vorgeheizten Werkzeuges, sobald es mit diesen in Kontakt kommt. Nachfolgend wird das Verstärkungsmaterial, im Fall des hier beschriebenen Ausführungsbeispiels ein Gestrick, eingelegt und über den flexiblen Silikonschlauch 3 fixiert. Anschließend wird die so beschickte Vorrichtung in den Ofen eingebracht.
Mittels Luftdruckbeaufschlagung wird der Silikonschlauch 3 expandiert und drückt dabei die Verstärkungsfasern in das Matrixmaterial, so daß die Fasergebilde mit dem Matrix­ material getränkt werden. Im Falle eines thermoplastischen Matrixmaterials erfolgt nun­ mehr eine Abkühlen der Vorrichtung, bei einer Verwendung von Duromeren ein Aufhei­ zen auf die Härtetemperatur des Matrixmaterials. Nach erfolgter Aushärtung kann schließlich das fertige Rohr entnommen werden.
Als Matrixwerkstoffe finden bei diesem Verfahren entweder Polyetherimid (PEI), Po­ lyphenylsulfid (PPS), Polypropylen (PP), Polyamid (PA) oder Phenolharze mit thermo­ plastischem Anteil Verwendung, letztere beispielsweise als Phenolharze, die bei Tempe­ raturen zwischen 70 und 90°C thermoplastisches Verhalten zeigen. Als geeignete Ver­ stärkungsfasern haben sich Glasfasern, Kohlenstoffasern, Aramidfasern sowie Naturfa­ sern bewährt, die in Form von Gestricken, Geweben, Fasermatten, Gewirken oder Ge­ flechten eingesetzt werden können.

Claims (15)

1. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Rohre, bei dem die Aushärtung oder Erstarrung eines aus einem Matrixmaterial sowie einer Verstärkungsfaser bestehen­ den Gemisches in einem formgebenden beheizbaren Werkzeug und mittels eines druckbeaufschlagten Innenschlauches erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Matrixmaterial pulverförmig auf die Innenwände des vorgeheizten Werkzeuges (1, 2) aufgebracht, das Verstärkungsmaterial anschließend in das Werkzeug (1, 2) eingelegt und über den Schlauch (3) fixiert wird, daß der Schlauch (3) nach dem Einbringen des Werkzeuges (1, 2) in einen Ofen mittels Luftdruckbeaufschlagung expandiert wird und daß anschließend die Aushärtung oder Erstarrung erfolgt.
2. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Rohre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte Matrixmaterial zumindest in einem vorgebbaren Temperaturbereich thermoplastische Eigenschaften aufweist.
3. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Rohre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Matrixmaterial aus einem Thermoplast besteht.
4. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Rohre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Matrixmaterial aus einem Duromer besteht.
5. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Rohre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Matrixmaterial aus Polyetherimid (PEI) besteht.
6. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Rohre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Matrixmaterial aus Polyphenylsulfid (PPS) be­ steht.
7. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Rohre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Matrixmaterial aus Polypropylen (PP) besteht.
8. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Rohre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Matrixmaterial aus Polyamid (PA) besteht.
9. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Rohre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Matrixmaterial aus Phenolharzen mit thermo­ plastischem Anteil besteht.
10. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Rohre nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Phenolharz bei Temperaturen zwischen 70 und 90°C thermoplastisches Verhalten zeigt.
11. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Rohre nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern in Form von Gestricken ein­ gesetzt werden.
12. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Rohre nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern in Form von Geweben, ein­ gesetzt werden.
13. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Rohre nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern in Form von Fasermatten eingesetzt werden.
14. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Rohre nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern in Form von Gewirken einge­ setzt werden.
15. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Rohre nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern in Form von Geflechten eingesetzt werden.
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