SE509503C2 - Arrangemang, förfarande och hålkropp vid formning av plastdetaljer - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 509 503 2 tillverkning av ihåliga armerade plastdetaljer i. stora serier. Trycksäcksmetoden innefattar att man placerar armeringsmaterial i fornl av 'tillklippta bitar av väv, matta, SMC eller förformad glasfiberarmering i en tvådelad form. Inuti formen placeras, innanför armeringsmaterialet, en trycksäck eller liknande av ett mjukt, flexibelt material, varefter formhalvorna förs ihop. Därefter sprutas matrismaterial i form av härdningsinitierat esterharts in i formen för att impregnera armeringsmaterialet, varvid trycksäcken trycksätts med ett tryck i storleksordningen 0,5 - 1 MPa. Därigenom pressas armeringsmaterialet, vilket nu är impregnerat med härdande matrismaterial, emot formens Efter att en tillräcklig matrismaterialet har skett, formhalvorna och hålkroppen av glasfiberarmerad polyesterplast avlägsnas. insida. härdning av öppnas En nwdifierad variant av trycksäcksmetoden används vid tillverkning av långsträckta hålkroppar såsom master och flaggstänger. Därvid klipps eller skärs armeringsmaterialet till och placeras på en folie vilken kommer att tjänstgöra både som en utvändig form och som ett släppskikt. Ovanpå armeringsmaterialet placeras en blåsa av mjukt och flexibelt material, vilken i uppblåst skick ungefärligen komer att ha den färdiga produktens innerdimensioner.

Därefter sätts blåsan under ett svagt tryck samtidigt som armeringsmaterialet viks omkring den uppblåsta blåsan och fixeras i detta läge. Fixeringen kan ske med hjälp av klämlinjaler eller liknande. Polymerisationsinitierat esterharts med härdare, eller annat liknande härdbart matrismaterial, hälls därefter in i den "form" som bildas mellan den omkringvikta folien på utsidan och den uppblåsta blåsan på insidan, varvid armeringsmaterialet impregneras med.matrismaterialet. "Formen" bibehålls i detta läge tills en tillräcklig härdning av matrismaterialet har uppnåtts för att avformning skall kunna ske. 10 15 20 25 30 35 509 505 3 Ytterligare en känd tillverkningsprocess för detaljer av armerad plast innefattar användning av en kärna av expanderande termoplast. Denna process lämpar sig främst för tillverkning av smärre detaljer såsom gitarrhalsar och kanotpaddlar. I denna process placeras armeringsmaterial i en delad form varefter en kärna av värmeexpanderande termoplastplacerasinutiarmeringsmaterialet,formhalvorna trycks ihop samtidigt som.de hettas upp varvid termoplasten expanderar och fyller ut hålrummet inuti formen samtidigt som den smälta termoplasten impregnerar armerings- materialet. Efter avkylning erhålls en plastdetalj med en kärna av expanderad termoplast med armeringsmaterial inneslutet i matrismaterialet vid detaljens ytor.

Genom en tidigare känd hålkroppar tillverkas med användning av stela kärnor, vilka annan formningsprocess kan antingen kan vara urtagbara eller bli kvar som en permanent del av den färdiga plastdetaljen. Denna process kan även användas för tillverkning av hålkroppar av armerad plast, varvid armeringsmaterialet påförs kärnan i fornl av' en färdigvävd strumpa som träs över kärnan eller i form av tillklippta bitar av armeringsmaterial sonldraperas omkring kärnan, varefter kärna och armeringsmaterial placeras inuti ett öppet formverktyg som därefter sluts omkring kärna och armeringsmaterial. Därefter injiceras under tryck ett härdningsinitierat esterharts matrismaterial i det i slutet läge fixerade formverktyget eller liknande som för att impregnera armeringsmaterialet. Matrismaterialet kan även sugas in med hjälp av vakuum eller genom en kombination av tryck och vakuum.

Denna tidigare kända processtyp kallas Resin Transfer Moulding eller RTM-formning. Det vanligaste materialet för permanenta kärnor vid RTM-formning är olika typer av uretancellplast. När det gäller material för urtagbara 10 15 20 25 30 35 509 503 4 kärnor kan nämnas vax, paraffin, sand med bindemedel, och metallegeringar med låg smältpunkt.

Ytterligare en tidigare känd tillverkningsprocess för enklare hålkroppar av armerad plast är så kallad lindning.

I denna process kan stela hålkroppar användas son: en permanent kärna, varvid hartsimpregnerat armeringsmaterial i form av så kallad roving eller väv lindas omkring kärnan i ett definierat mönster för att därefter härdas.

De tidigare kända tillverkningsprocesserna för tillverkning av hålkroppar av armerad plast kan upplevas ha vissa nackdelar.

I tillverkningsprocesser sonnutnyttjar en uppblåsbar slang, blåsa, eller liknade som ett mjukt membran och som “kärna", kan appliceringen av armeringsmaterial utanpå kärnan upplevas som besvärlig, eftersom "kärnan" ej utgör något stabilt stöd när armeringsmaterialet appliceras därpå.

Processer som utnyttjar kärnor av expanderande termoplast ger ofta dyra slutprodukter och kan, i tillämpningar där låg vikt är väsentlig, ge problem med för hög vikt hos slutprodukten i jämförelse med ihåliga hålkroppar.

Fasta kärnor av konventionell typ erbjuder förvisso ett utmärkt stöd vid anbringande av armeringsmaterial, næn kräver att presstrycket vid formningen anbringas utifrån.

Detta kan verkningsprocessen. komplicera verktygsutformningen och till- Processer som utnyttjar konventionella fasta kärnor kan även ge problem med att armeringsmaterialet ej pressas i fullgod kontakt med formverktygets invändiga väggar. 10 15 20 25 30 35 soå 5055 ' 5 REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN: Sålunda har föreliggande uppfinning som sitt första syfte att tillhandahålla ett arrangemang, avsett att användas vid formning av hålkroppar som innefattar armerad plast, vilket eliminerar de tidigare nämnda svårigheterna som kan upplevas med känd teknik.

Detta första syfte med uppfinningen uppnås genom att arrangemanget, enligt efterföljande patentkrav 1, innefattar en förformad kärna som, är självbärande, en materialsats, och ett delbart formverktyg, och att flexibelt trycksättningsanslutning och ett arrangemanget därutöver innefattar ett tryckmembran, en trycksättningsmedel, och att tryckmembranet därvid är avpassat för att kunna omsluta den förformade kärnan samtidigt som nmterialsatsen är applicerad utanpå tryckmembranet, och att trycksättningsmedlet är anordnat för att trycksättningsanslutningen när formverktyget är i ett invändigt trycksätta tryckmembranet via slutet läge.

Vidare har föreliggande uppfinning som sitt andra syfte att tillhandahålla ett förfarande vid formning av hålkroppar som innefattar armerad plast, varvid förfarandet utnyttjar arrangemanget enligt uppfinningen.

Detta uppnås, patentkrav 11, genom att förfarandet innefattar användning andra syfte med uppfinningen enligt av en förformad kärna som är självbärande, en materialsats, och ett delbart formverktyg, och att förfarandet därvid innefattar att flexibelt tryckmembran utanpå den förformade kärnan, att därefter omslutande applicera ett applicera materialsatsen utanpå tryckmembranet för att bilda ett råämne för formning av en hålkropp, att införa råämnet i formverktyget i ett öppet läge för att därefter 10 15 20 25 30 35 509 505 6 bringa formverktyget i ett slutet läge omkring råämnet, samt att invändigt trycksätta tryckmembranet hos râämnet beläget inuti formverktyget i sitt slutna läge, för att därvid forma och konsolidera materialsatsen.

Slutligen har föreliggande uppfinning som sitt tredje syfte att tillhandahålla en hålkropp med hög styvhet och lastbärande förmåga som framställts genom förfarandet enligt uppfinningen, och med användning av arrangemanget enligt uppfinningen.

Detta tredje syfte med uppfinningen uppnås, enligt patentkrav 20, genom att hålkroppen innefattar ett första skikt med ett armeringsmaterial och ett matrismaterial, och att därvid huvuddelen av de armeringsfibrer som ingår i armeringsmaterialet följer spänningsriktningen hos de belastningar sonx hålkroppen förväntas utsättas för vid upptagande av last.

FIGURBESKRIVNING: Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas med hänvisning till de bifogade ritningarna, i vilka fig. 1 schematiskt visar ett förfarande som.utnyttjar ett arrangemang enligt uppfinningen för att forma en hålkropp, och fig. 2 schematiskt i underfigurerna 2A och 2B visar två olika snittvyer av en hålkropp enligt uppfinningen, varvid 2A visar ett tvärsnitt och 2B ett längdsnitt.

FöRr-:DRAGNA Urrönmcsrommn: 10 15 20 25 30 35 505? 505, P 7 I en första föredragen utföringsform innefattar arrangemanget enligt uppfinningen en förformad kärna 1, 1', 1", som är självbärande. I den beskrivna utföringsformen består kärnan 1, l', 1" av ett poröst material. Vidare enligt uppfinningen en innefattar arrangemanget materialsats 3, 3', och ett delbart formverktyg 8.

Därutöver innefattar arrangemanget i den första utföringsformen ett flexibelt tryckmembran 2, 2', en trycksättningsanslutning 12 varvid tryckmembranet 2' är avpassat för att kunna omsluta den förformade kärnan 1' samtidigt son1materialsatsen 3' är applicerad utanpå tryckmembranet 2'.

Trycksättningsmedlet 13 är i den beskrivna utföringsformen anordnat för att invändigt kunna trycksätta tryckmembranet via trycksättningsanslutningen 12, och via den porösa kärnan l', när formverktyget 8 är i ett slutet läge.

Den förformade kärnan 1, l', 1" som. är självbärande, består i den första utföringsformen av en porös skumkärna av polyuretanskum.

Den förformade kärnan 1, 1', 1" kan dock tillverkas av andra material, exempelvis genom för fackmannen välkända tillverkningsmetoder för detaljer av skumplast eller cellplast, så länge som kärnan 1, l', 1" erbjuder tillräcklig styvhet och i övrigt lämpliga egenskaper för tillämpningen. Sålunda är även materialvalet för kärnan 1, l', 1" förhållandevis flexibelt. Kärnan 1, l', l" är dock företrädesvis tillverkad av ett poröst material för att underlätta trycksättningen.

Ytterdimensionerna hos den förformade kärnan 1, l', 1" görs något mindre än de invändiga dimensionerna hos hålrummet (ej visat) i det delbara formverktyg 8 där 10 15 20 25 30 35 509 505 8 formningen skall ske, d.v.s. något mindre än den färdiga hålkroppens 16 ytterdimensioner.

I denrbeskrivna utföringsformen görs ytterdimensionerna hos den förformade kärnan 1, l', l" ca. 5 mm mindre än det invändiga hålrummet (ej visat) hos formverktyget 8, d.v.s. med 5 m "offset“. Denna så kallade "offset“ anpassas dock utgående ifrån tjockleken hos materialsatsen 3, 3' och andra processförhållanden, exempelvis tryckmembranets 2, 2 ' beskaffenhet, och formen hos den hålkropp 16 som skall formas.

Den förformade kärnan 1, 1', l" som används i uppfinningen har sålunda en form som väsentligen ansluter sig till formen hos det invändiga hålrummet hos det tidigare nämnda formverktyget 8, och därigenom också till formen hos den hålkropp 16 som skall formas.

Tryckmembranet 2, 2' består i den beskrivna utföringsformen av en av en tunn, flexibel folie av polyamidplast, nylon 6- 66, i form av en påse.

Många andra nmterial är dock tänkbara för användning i tryckmembranet 2, 2' så länge soul materialet erbjuder tillräcklig flexibilitet och töjbarhet, och förmår fungera som ett icke-permeabelt membran för det trycksättningsmedium som skall användas vid trycksättning av tryckmembranet 2, 2'. Likaså kan materialtjockleken hos tryckmembranet 2, 2' variera beroende på tillämpningen, exempelvis beroende på formen hos den hålkropp 16 som skall formas.

Tryckmembranet 2 är avsett att appliceras utanpå den förformade kärnan 1 så att det väsentligen omsluter denna.

I den beskrivna utföringsformen har tryckmembranet 2 formen av en påse med en sluten "botten" och en öppen ände. Detta 10 15 20 25 30 35 509 503kr 9 möjliggör att tryckmembranet 2' träds utanpå den förformade kärnan 1' och att tryckmembranet 2' med sin omslutande materialsats 3' trycksätts invändigt via en trycksättningsanslutning 12 som löper igenon1den ena gaveln hos formverktyget 8.

Vid formningen fixeras formverktyget 8 i ett slutet läge omkring den förformade kärnan 1' med omslutande tryckmembran 2' och materialsats 3', varvid det invändiga trycket som 'tillförs via trycksättningsanslutningen 12 vidarebefordras till alla områden innanför tryckmembranet 2' via den förformade kärnan 1', eftersom denna ju är porös i den beskrivna utföringsformen.

Man kan dock även tänka sig utföringsformer där den förformade kärnan 1, 1', 1" ej är porös. I sådana fall sker tryckdistributionen helt och hållet via utrymmet mellan kärnan 1' och tryckmembranet 2'.

I den beskrivna utföringsformen fästs den ena änden hos den rörformiga trycksättningsanslutningen 12 vid den öppna änden hos det "påsformiga" tryckmembranet 2, 2' med hjälp av en tejp eller liknande, så att en tillräckligt tät anslutning erhålls för att möjliggöra trycksättning av tryckmembranet 2, 2'. Den trycksättningsanslutningen 12 träds igenom ett hål i andra änden hos formverktygets 8 ena gavel 14 och ansluts med hjälp av en koppling enligt känd teknik via en tryckledning till trycksättningsmedlet 13.

Tryckmembranet 2, 2' kan dock utformas på många olika sätt.

Sålunda kan man använda sig av tryckmembran som har formen av en säck med en förberedd ventil i säckens "botten“, och en öppen ände som används för att kunna dra säcken utanpå den en porösa kärnan. Därvid försluts den öppna änden hos tryckmembranet vid den ena "gaveln" av den porösa kärnan på 10 15 20 25 30 35 5Û9 503 10 lämpligt sätt, exempelvis genom en tejp eller genom varmförsegling eller dylikt. Man kan tänka sig ett stort antal olika typer av anslutningar och tätningar enligt känd teknik som möjliggör samtliga trycksättning av tryckmembranet 2, 2' vid utövande av uppfinningen.

Materialsatsen 3, 3' enligt den första utföringsformen av uppfinningen innefattar både armeringsmaterial och ett termoplastiskt matrismaterial.

I den första utföringsformen innefattar materialsatsen 3 ungefär 50 volym-% kontinuerlig glasfiber som armeringsmaterial och 50 volym-% termoplastiska polyesterfibrer som matrismaterial. Halterna av armeringsmaterial och matrismaterial kan dock varieras inom Halten företrädesvis inom vida gränser beroende på tillämpningen. armeringsmaterial ligger dock intervallet 25 till 60 volym-%.

Materialet i materialsatsen 3, 3' består i den beskrivna utföringsformen av ett inre skikt som vetter emot tryckmembranet samt ett yttre skikt som.vid formning vetter emot formverktygets invändiga ytor.

Det inre skiktet (ej visat i detalj) hos materialsatsen 3, 3' består i den första utföringsformen av en varptrikâ, i vilken fibrerna i den ena riktningen består av så kallat hybridgarn av kontinuerliga glasfibrer respektive kontinuerliga polyesterfibrer, medan fibrerna i den andra riktningen enbart består av kontinuerliga polyesterfibrer.

Ett sjok eller stycke av varptrikåmaterialet lindas i den beskrivna utföringsformen omkring den förformade kärnan 1, 1' och fixeras därvid med tejp, garnstumpar eller andra fixeringsmedel 6 så att hybridgarnet, och därigenom de kontinuerliga armeringsfibrerna, huvudsakligen följer den 10 15 20 25 30 35 509 503 11 färdiga hålkroppens 16 längdriktning och sålunda bildar vinklar i närheten av 0° jämfört med nämnda längdriktning.

Utanpå detta inre skikt hos materialsatsen följer sedan i den beskrivna utföringsformen ett yttre skikt (ej visat i detalj) av flätat material bestående av samma typ av hybridgarn som i det inre skiktet.

Flätningen sker med fördel direkt på den förformade kärnan 1' med det tryckmembranet 2', och det tryckmembranet omslutande inre skiktet.av armeringsmaterial omslutande (ej visat). Därvid kan flätningen exempelvis åstadkommas med hjälp av en flätningsanordning enligt sedan länge känd teknik, av den typ som fortfarande används exempelvis vid tillverkning av flätade skosnören. Flätningen får i den beskrivna utföringsformen till följd att hybridgarnet och sålunda även armeringsfibrerna i den beskrivna utföringsformen kommer att bilda vinklar mellan ungefär 20 och 70 ° i förhållande till den färdiga hålkroppens 16 längdriktning.

Materialsatsen 3, 3' tillhandahålls således i den första utföringsformen dels i form av ett första skikt av varptrikå vilket draperas omkring tryckmembranet 2' som omsluter den förformade kärnan, dels i form av ett andra skikt som flätas utanpå det första skiktet.

Man kan även tänka sig att materialsatsen 3, 3' tillhandahålls i form av ett nonwovenark eller liknande, med lämplig struktur och sammansättning, vilket draperas omslutande omkring den porösa kärnan 1' med sitt tryckmembran 2'.

Om så är önskvärt kan det skikt hos materialsatsen 3, 3' som vid formningen är avsett att vara i kontakt med utformas som ett formverktygets 8 invändiga ytor 10 15 20 25 30 35 509 503 12 släppskikt, d.v.s. ett skikt med låg adhesion till formverktygets ytor. Detta kan ske genom att modifiera det yttersta skiktets kemiska samansättning, exempelvis genom att använda fibrer eller filament av ett kemiskt inert material i det yttersta skiktet.

Man kan även tänka sig utföringsformer där materialsatsen 3, 3' består flera skikt än två. strukturerna hos materialsatsen 3, 3' och de angivna De ovan angivna vinklarna, bör endast ses som ungefärliga angivelser underlätta för en fackman att förstå Sålunda är många andra utföringsformer avsedda att uppfinningen. tänkbara inom ramen för uppfinningen.

Typiskt för föredragna utföringsformer av hålkroppar enligt uppfinningen. är att huvuddelen. av de i materialsatsen ingående armeringsfibrerna löper i spänningsriktningen för de belastningar som förväntas uppstå på den färdiga hålkroppen i dess användning, samt att armeringsfibrerna är kontinuerliga.

Det delbara formverktyget 8 som ingår i arrangemanget enligt uppfinningen kan ha en för fackmannen välkänd konstruktion, innefattande minst två formhalvor 9, 9', och någon fornx av rörelsemedel (ej visade) fungerande med exempelvis pneumatik eller hydraulik, vilka på känt sätt är anordnade för att kunna försätta formverktyget 8 både i ett öppet (ej visat) och ett slutet, fixerat läge (visat på fig. 1).

I den första utföringsformen av uppfinningen har det delbara formverktyget 8 två formhalvor 9 och 9', varvid en trycksättningsanslutning 12 löper igenonxden ena halvans 9' gavel 14. 10 15 20 25 30 35 509 5o3'f 13 De invändiga ytorna hos formverktyget 8 kan behandlas för att ge en släppeffekt vid kontakt med en materialsats. En sådan så kallad "non-stick" behandling kan exempelvis utgöras av en plasmabeläggning med teflon eller dylikt.

Ett trycksättningsmedel 13 är anordnat för att på lämpligt sätt kunna anslutas till trycksättningsanslutningen 12, vilken i den beskrivna utföringsformen vidarebefordrar det av trycksättningsmedlet 13 skapade trycket till tryckmembranets inre. I den beskrivna utföringsformen är trycksättningsmedlet.13 en tryckluftskompressor'enligt känd teknik.

Trycksättningsmedlet 13 kan dock även utgöras av exempelvis en oljepump eller av en anordning som högtrycksånga. Sålunda kan den invändiga trycksättningen av tryckmembranet ske både genom pneumatik och hydraulik. genererar Såsom fackmannen kan valet av trycksättningsmetod påverka tryckmembranet 2, 2', vilket naturligtvis måste vara väsentligen icke-permeambelt för det trycksättningsmedium som används. Även materialvalet för den porösa kärnan 1, 1', 1" kan i någon mån påverkas av den valda trycksättningsmetoden. uppenbart för materialvalet för I det följande komer kortfattat att beskrivas de viktigaste delmomenten hos en föredragen utföringsform av förfarandet enligt uppfinningen.

Utanpå en förformad kärna 1 som är självbärande, träds ett flexibelt tryckmembran 2. Utanpå det flexibla tryckmembranet 2 och den förformade kärnan 1 appliceras en materialsats 3, för att bilda 4 ett râämne 5 för formning av en hålkropp 16. 10 15 20 25 30 35 509 503 14 Därvid har nmterialsatsen en uppbyggnad enligt vad som tidigare beskrivits häri.

Genonl att kärnan 1, 1' är självbärande utgör den ett stabilt stöd vid applicering av tryckmembranet 2, 2' respektive materialsatsen 3, 3' därpå.

Genom att kärnan 1, 1' dessutom är förformad till en form som väsentligen ansluter sig till formen hos den hålkropp 16 som skall formas, och till formverktygets 8 invändiga dimensioner, kan en jämn fördelning av materialsatsen 3, 3' i olika partier hos väggarna i den färdiga hålkroppen 16 säkerställas. Dessutonx möjliggörs en viss styrning av godstjockleken i olika väggpartier hos den formade hålkroppen 16.

I den beskrivna utföringsformen sker appliceringen av tryckmembranet 2 respektive materialsatsen 3 utanpå den förformade kärnan 1 huvudsakligen manuellt, men det är fullt möjligt att uppnå en högre automatiseringsgrad av dessa delmoment med för fackmannen välkänd teknik.

Såsom tidigare nämnts bildar materialsatsen 3', applicerad utanpå den förformade kärnan 1' med sitt omslutande tryckmembran 2', ett råämne 5 för formning av en hålkropp 16. Råämnet 5 placeras inuti ett delbart formverktyg 8 som befinner sig i ett öppet läge (ej visat). Därefter sluts 7 formverktygets 8 verktygsdelar eller formhalvor 9, 9' omkring råämnet 5 och låses i slutet läge (som visat på fig. 1).

Trycksättningsanslutningen 12 ansluts till trycksättnings- medlet 13 och tryckmembranet 2' trycksätts invändigt genom att tryckmembranet 2', via trycksättningsanslutningen 12, står i förbindelse med. trycksättningsmedlet 13. I ett 10 15 20 25 30 35 509 sóšiw 15 första trycksättningssteg trycksätts tryckmembranet 2' invändigt till omkring 2 bar övertryck.

I anslutning till det första trycksättningssteget upphettas formverktygets 8 invändiga väggar med hjälp av uppvärmningsorgan 11, vilka i den beskrivna första utföringsformen fungerar med hjälp av het olja som cirkuleras i kanaler inuti formverktygets 8 väggar.

Anledningen till att man i den beskrivna utföringsformen genomför det första trycksättningssteget är att man vill motverka den krympning som gärna uppstår hos det termoplastiska matrismaterialet i närheten av polyesterns glasomvandlingstemperatur.

Man kan dock även tänka sig utföringsformer där trycksättningen sker så att fullt formningstryck anbringas redan i början av uppvärmningsfasen och bibehålls vid denna nivå tills formning och konsolidering av'materialsatsen har skett. I den beskrivna, föredragna utföringsformen sker uppvärmningen med hjälp av uppvärmningsorgan ll i formverktygets 8 väggar, men man skulle även kunna tänka sig utföringsformer av uppfinningen där uppvärmningen av materialsatsen 3' sker innan råämnet 5 placeras i formverktyget 8.

Oljecirkulationen för uppvärmning av uppvärmningsorganet 11 är i den beskrivna utföringsformen anordnad med en för ändamålet lämplig oljepump (ej visad). Oljan upphettas med en extern anordning (ej visad) som innefattar elektriska motstånd för uppvärmning. Därvid innefattar den externa anordningen (ej visad) även kylorgan för kylning av den cirkulerade oljan. I den beskrivna utföringsformen utgörs dessa (ej visade) av kylorgan rörslingor för kallvattencirkulation som är nedsänkta i oljan. 10 15 20 25 30 35 509 505 16 Man kan dock även tänka sig att uppvärmningen av formverktyget skulle kunna ske med användning av överhettad ånga eller ett annat medium, eller att kylningen skulle kunna ske på annat lämpligt sätt än vad som beskrivs häri.

Formverktygets 8 invändiga väggar och materialsatsen 3' inuti formverktyget 8 upphettas i den beskrivna utföringsformen med hjälp av uppvärmningsorganet 11 till det termoplastiska matrismaterialets mjukningstemperatur, vilken i den beskrivna utföringsformen är ungefär 250“C.

Därefter höjs, i ett andra trycksättningssteg, det invändiga trycket inuti tryckmembranet 2' till ungefär 6 bar och upprätthålls vid denna nivå under ungefär 5 minuter.

Under uppvärmningen smälter det termoplastiska matrismaterialet hos materialsatsen 3' vilken, tack vare det invändiga trycket i det innanförliggande tryckmembranet 2', pressas till en tät kontakt emot det i ett slutet läge låsta formverktygets 8 invändiga väggar för att därvid konsolideras och formas till yttre form som ansluter sig till formen hos formverktygets 8 invändiga väggar.

Förutom att åstadkomma konsolidering och formning av materialsatsen 3' säkerställer trycksättningen av tryckmembranet att luftbubblor som inneslutits i materialsatsen 3' trängs bort. eventuellt har Efter denna formningsprocess kyls formverktyget 8, och därigenom också nmterialsatsen 3', till en temperatur i närheten av rumstemperatur med användning av de tidigare nämnda kylorganen hos oljecirkulationen (ej visad).

Vid industriell produktion är det ej praktiskt eller ekonomiskt försvarbart att efter varje formning kyla 10 15 20 25 30 35 509 5o3 17 formverktyget till en temperatur i närheten av rumstemperatur. I sådana fall avbryts därför kylningen vid den högsta möjliga temperatur vilken, vid försök i den aktuella processen, har visat sig ge tillräcklig stelning och styvhet hos det termoplastiska matrismaterialet för att den formade hålkroppen 16 skall kunna avlägsnas ur formverktyget 8 i ett öppet läge, utan att den formade hålkroppen 16 deformeras eller vidhäftar vid formverktyget 8G Efter kylning av formverktyget 8 släpps tryckmembranets invändiga tryck ut och trycksättningsmedlet 13 lossas. Efter att det delbara anslutningen 12 till formverktyget 8 har öppnats kan den formade hålkroppen 16 avlägsnas 15.

I de fall som detta är önskvärt och möjligt, med hänsyn till hålkroppens 16 och den förformade kärnans 1" former, avlägsnas kärnan l" ur hålkroppen 16. Detta har indikerats på den bilagda fig. 1 som visar en formad hålkropp 16 med en delvis utdragen kärna 1".

I annat fall, d.v.s. om det inte är önskvärt eller möjligt att avlägsna kärnan 1", får denna bli kvar som en mer eller mindre integrerad del i den formade hålkroppen 16. I sådana fall kan med fördel polyuretanskum eller liknande sprutas in i spalten som bildats mellan kärnan och tryckmembranet under formningen för att undvika att den delvis lösa kärnan “skramlar“ i den färdiga hålkroppen.

Efter formning kan hålkroppen 16 bearbetas på olika sätt enligt känd teknik, exempelvis genom att kapa av ändbitar, genom utvändig slipning eller lackering.

Hittills har en första föredragen utföringsform av uppfinningen beskrivit. Den första utföringsformen 10 15 20 25 30 35 509 503 18 utnyttjar såsonl tidigare framkommit ett termoplastiskt matrismaterial som utgör en integrerad del av den materialsats som används.

I en andra föredragen utföringsform av uppfinningen endast matrismaterial materialsatsen 3, 3' väsentligen armeringsmaterial härdbart tillförs in i det slutna formverktyget genom ett därför innefattar medan ett anordnat injiceringsorgan 10 (fig. 1) för att därvid impregnera armeringsmaterialet.

Den andra utföringsformen kan sägas likna RTM-teknik i någon mån, men med den fundamentala skillnaden att ett formningstryck, enligt föreliggande uppfinning, anbringas inifrån med hjälp av det utanpå den förformade kärnan 1' applicerade tryckmembranet 2' innanför materialsatsen 3'.

Vid formning av hålkroppar enligt den andra föredragna utföringsformen.av uppfinningen består materialsatsen 3, 3' av ett textilmaterial som i den första utföringsformen, men med den skillnaden att det termoplastiska matrismaterialet utgår och nmterialsatsen liknande därför väsentligen endast innefattar kontinuerliga armeringsfibrer.

Det härdbara matrismaterialet utgörs i den andra utföringsformen av uppfinningen av härdbart vinylesterharts, men många andra matrismaterial av den typ som används för konventionell RTM-teknik är tänkbara.

Matrismaterialet injiceras i den andra utföringsformen i härdningsinitierad form, men man kan även tänka sig utföringsformer av uppfinningen där initieringen sker inuti formverktyget.

Den andra föredragna utföringsformen av uppfinningen ger betydande fördelar jämfört med känd teknik. Förutom de 10 15 20 25 30 35 509 503 19 fördelar med uppfinningen som tidigare har framkomit kan nämnas att man, genom att i den andra utföringsformen av uppfinningen göra den porösa kärnan 1, 1', l" väsentligen mindre än det invändiga hålrumet hos formverktyget 8 kan underlätta impregneringen av armeringsmaterialet med injicerat matrismaterial och därigenom förkorta processtiden.

Vid utövande av uppfinningen enligt den andra föredragna utföringsformen avpassas de olika processinställningarna efter vad utföringsformen kräver. En sådan anpassning kan utföras av fackmannen utgående beskrivning och med kännedom om konventionell RTM-teknik. ifrån föreliggande Det måste förstår att de temperaturer, tider, tryck och övriga processinställningar som har angivits i den ovanstående beskrivningen endast bör ses sonlriktlinjer för fackmannen att förstå att göra det möjligt för uppfinningen.

Vid utövande av uppfinningen i industriell produktion måste naturligtvisprocessinställningarochnmterialvaloptimeras i förhållande till den typ av hålkroppar som skall ifrån ekonomiska och framställas, samt utgående produktionstekniska hänsyn etc.

I det följande kommer en föredragen utföringsform av en hålkropp enligt uppfinningen att beskrivas med hänvisning till figurerna 2A och 2B.

Därvid visar fig. 2A schematiskt ett tvärsnitt av ett parti av en hålkropp enligt uppfinningen, medan figur 2B schematiskt visar en längsgående snittvy sedd ifrån sidan av sama hålkropp, i ett likartat parti som på fig. 2A. 10 15 20 25 30 35 509 505 20 Den på figurerna 2A och 2B visade hålkroppen är av en typ i vilken den porösa kärnan kvarstår. Hålkroppen 20 är avsedd att användas för ett lastbärande element, närmare bestämt en lastbärande stolpe i ett motorfordon med låg vikt.

Hålkroppen 20 enligt den beskrivna utföringsformen innefattar, utifrån och inåt, ett första skikt av armerad plast 21, 21' som innefattar armeringsmaterial och samanhållande termoplastiskt matrismaterial, två stycken förstärkningselement 24 och 25, ett andra skikt 22, 22' som härrör ifrån det tidigare diskuterade tryckmembranet, samt en porös kärna 23.

Förstärkningselementen 24, 25 är avsedda att utgöra en förstärkning vid exempelvis montering av dörrgångjärn och liknande på hålkroppen 20 med hjälp av en skruv 26 (antydd med streckade linjer). Förstärkningselementen 24, 25 utgörs fördelaktigt av kolfiberarmerade epoxi-plattor som har inlagts utanpå tryckmembranet 22, 22' i urfräsningar i den porösa kärnan 23 innan formningen. Efter formningen utgör förstärkningselementen 24, 25 integrerade delar i hålkroppen 20, vilken i den beskrivna utföringsformen ju är avsedd för en lastbärande stolpe av kompositmaterial för ett motorfordon.

Genom att ge förstärkningselementen 24, 25 tillräckligt stora ytor kan påkänningar på en skruv 26 som har skruvats igenom eller in i förstärkningselementen 24, 25 fördelas i hålkroppens 20 väggar 21, 2l'.

På figurerna 2A.och 2B har indikerats att armeringsfibrerna huvudsakligen löper i hålkroppens 20 längdriktning. Detta är av stor vikt för att erhålla maximal lastbärande förmåga i den aktuella tillämpningen, d.v.s. en lastbärande stolpe för ett motorfordon. I lastbärande element bör huvuddelen 10 15 20 25 30 35 509 sååå 21 av armeringsfibrerna väsentligen följa spänningsriktningen hos de belastningar som eventuellt uppkommer.

Materialsatsen hos hålkroppen i den beskrivna utföringsformen har den uppbyggnad och sammansättning som tidigare beskrivit med ett inre skikt av varptrikå av hybridgarn och ett yttre skikt av flätat hybridgarn.

Vid formningen har det termoplastiska matrismaterialet, d.v.s. polyesterfilament hos hybridgarnet, smält för att i den färdiga hålkroppen 20 bilda ett sammanhållande matrismaterial.

Armeringsmaterial som innehåller kontinuerliga fibrer har visat sig vara mest fördelaktiga för användning i hålkroppar enligt uppfinningen som är avsedda att utnyttjas i lastbärande strukturer, exempelvis i lastbärande stolpar eller balkar för motorfordon.

Uppfinningen har i det föregående beskrivits med hänvisning till de bilagda figurerna och med hjälp av föredragna utföringsformer. Det måste förstås att uppfinningen på intet sätt är begränsad av dessa exempel utan att dess omfattning begränsas av de bilagda patentkraven.

Det i nmterialsatsen ingående armeringsmaterialet måste naturligtvis inte tillhandahållas i form av ett material med ett varptrikåskikt och ett flätat skikt av hybridgarn, utan kan tillhandahållas i många olika former, så länge som huvuddelen av armeringsfibrerna följer spänningsriktningen hos de belastningar som eventuellt uppkommer på den färdiga hålkroppen.

Sålunda kan armeringsmaterialet även tillhandahållas i form av roving, i form av ett nonwovenmaterial eller i form av enskilda armeringsfibrer. Även olika typer av armering som 10 15 20 25 30 509 503 22 förformats, exempelvis genom att blåsa eller spruta armeringsfibrer på nätformar eller dylikt kan användas.

Såsom tidigare nämnts är kontinuerliga armeringsfibrer dock föredragna vid utövande av uppfinningen. Fiberdimensionerna i övrigt kan variera inom ett mycket stort område beroende på tillämpningen. armeringsfibrer eller olika Förutom syntetiska mineralfibrer, såsom glasfibrer, kan man tänka sig användning av naturfibrer, såsom lin eller ramie. Även blandningar av olika armeringsfibrer kan användas i materialsatsen.

Armeringsmaterialet måste ej nödvändigtvis utgöras av glasfiber utan kan utgöras av vilken lämplig fiber som helst som har, eller kan ges, en tillräckligt hög adhesion och vätbarhet till det matrismaterial som används, och som förmår ge önskade egenskaper åt den färdiga hålkroppen.

Med syfte att öka adhesionen till det matrismaterial som används kan armeringsfibrerna eller armeringsmaterialet utsättas för olika kemiska eller fysikaliska behandlingsmetoder. Exempel på sådana metoder är oxidering med kemiska oxidationsmedel, korona- och plasmabehandling.

Appliceringen av en materialsats eller ett armeringsmaterial behöver, såsom tidigare nämnts, ej ske genom att manuellt drapera och fixera en väv eller ett nonwovenark omkring den porösa kärnan med sitt omslutande tryckmembran, utan kan även ske exempelvis genom att linda eller en väv av roving av armeringsmaterial armeringsmaterial omkring kärnan och tryckmembranet. 10 15 20 25 30 35 509 sošfl 23 Appliceringen av en materialsats kan, såsom tidigare nämnts, fördelaktigt automatiseras på olika sätt enligt känd teknik.

Det i materialsatsen ingående matrismaterialet kan i fallet av termoplastiskt matrismaterial väljas ifrån ett stort antal termoplastiska polymerer så länge mjukningspunkt ligger på en lämplig nivå. som deras Med lämplig nivå avses att mjukningspunkten bör ligga på en tillräckligt hög nivå för att kraven som ställs på den färdiga hålkroppen när det gäller värmebeständighet skall uppfyllas, och samtidigt på en tillräckligt låg nivå för att smältning skall vara -realistisk i en industriell tillverkningsprocess. Exempel på polymerer som kan tänkas uppfylla dessa krav och som även betingar ett realistiskt pris är termoplastisk polyester och polypropen, men det finns många andra tänkbara polymerer som är lämpliga för användning sonxmatrismaterial vid.utövande av'uppfinningen.

I utföringsformer av uppfinningen som utnyttjar injicering av härd- eller polymeriserbara harts och liknande finns ett stort antal kemiska föreningar som kan användas som matrismaterial. Exempel på sådana härdplaster är polyester, vinylester och epoxi. I tillämpningar av uppfinningen där härdplaster används kan, förutom tillsats av hårdare, även andra tillsatser'tillföras, exempelvis flamskyddsmedel, UV- stabilisitatorer och färgpigment. En sådan tillsats sker företrädesvis innan det härdbara matrismaterialet tillförs till armeringsmaterialet, men kan även ske inne i formverktyget. Även vad de gäller utföringsformer med termoplastiskt matrismaterial kan man tänka sig olika tillsatser i matrismaterialet, exempelvis färgpigment.

Claims (27)

10 15 20 25 30 35 509 503 24 PATENTKRAV:

1. l. Arrangemang vid formning av hålkroppar som innefattar armerad plast, nämnda arrangemang innefattande en förformad kärna (1) som är självbärande, en materialsats (3), och ett delbart formverktyg (8), k ä n n e t e c k n a t a v att arrangemanget innefattar ett flexibelt tryckmembran (2), en anslutning (12) och ett trycksättningsmedel (13), och att tryckmembranet (2') därvid är avpassat för att kunna trycksättnings- omsluta den förformade kärnan (l'), samtidigt som materialsatsen (3') är tryckmembran (2'), och att trycksättningsmedlet (13) är anordnat för att invändigt trycksätta nämnda tryckmembran applicerad utanpå nämnda (2') via trycksättningsanslutningen (13) när formverktyget (8) är i ett slutet läge.

2. Arrangemang enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a t a v att den förformade kärnan (1, l', 1") består av ett poröst material som möjliggör att via trycksättningsanslutningen (12) anbringat tryck helt eller delvis distribueras via nämnda förformade kärna (l') vid trycksättning av tryckmembranet (2').

3. Arrangemang enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t a v att materialsatsen (3, 3') innefattar både ett termoplastiskt.matrismaterial, och att arrangemanget.därvid armeringsmaterial och ett innefattar uppvärmningsorgan (11) som är anordnade för att upphetta det termoplastiska matrismaterialet till dess mjukningspunkt när formverktyget (8) är i ett slutet läge. 10 15 20 25 30 35 509 505 25

4. Arrangemang enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t a v att armeringsmaterialet innefattar glasfibrer och att matrismaterialet innefattar termoplastiska polyesterfibrer.

5. Arrangemang enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t a v att materialsatsen (3, 3') innefattar ett armeringsmaterial och att formverktyget (8) innefattar ett injiceringsorgan (10) för injicering av härdbart matrismaterial.

6. Arrangemang enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k n a t a v att armeringsmaterialet i materialsatsen (3, 3') innefattar glasfiber och att det härdbara matrismaterialet innefattar vinylester.

7. Arrangemang enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t a v att armeringsmaterialet i materialsatsen (3, 3') innefattar kontinuerliga armeringsfibrer, och att huvuddelen av armeringsfibrerna är anordnade för att följa spänningsriktningen hos de belastningar som förväntas uppstå på en hålkropp (16) som formats med användning av arrangemanget.

8. Arrangemang enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t a v att materialsatsen (3, 3') tillhandahålls i form av ett inre skikt av varptrikå, och ett yttre skikt som framställts genom flätning, och att arrangemanget innefattar en flätningsanordning för flätning av nämnda yttre skikt utanpå den förformade kärnan.

9. Arrangemang enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t a v att materialsatsen (3, 3') är formad som en strumpa eller som ett kontinuerligt rör. 10 15 20 25 30 35 509 503 26

10. Arrangemang enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t a v att den förformade kärnan (1, 1', l") är försedd med förstärkningselement av ett annat material än nämnda kärna urtagningar inuti vilka (l') finns anordnade utanpå tryckmembranet (2') som omsluter kärnan (l') och nämnda urtagningar.

11. ll. Förfarande vid formning av hålkroppar som innefattar armerad plast, innefattande användning av en förformad kärna (1) som är självbärande, en materialsats (3), och ett delbart formverktyg (8), k ä n n e t e c k n a t a v att förfarandet innefattar att omslutande applicera ett flexibelt tryckmembran (2, 2') utanpå den förformade kärnan (1, 1'), att därefter applicera materialsatsen (3, 3') utanpå tryckmembranet (2') för att bilda ett råämne (5) för formning av en hålkropp, att införa råämnet (5) i formverktyget (8) i ett öppet läge för att därefter bringa formverktyget (8) i ett slutet läge omkring råämnet (5), samt att tryckmembranet (2') hos råämnet (5) formverktyget (8) i sitt slutna läge, för att därvid forma och konsolidera materialsatsen (3'). invändigt trycksätta beläget inuti

12. Förfarande enligt patentkrav 11, k ä n n e t e c k n a t a v att den förformade kärnan (l') består av ett trycksättningsanslutningen (13) anbringat tryck helt eller delvis distribueras via nämnda förformade kärna (l') vid trycksättning av tryckmembranet (2'). poröst material, och att via

13. Förfarande enligt patentkrav 11 eller 12, k ä n n e t e c k n a t a v att den i förfarandet använda materialsatsen (3, 3') innefattar både ett armeringsmaterial och ett termoplastiskt matrismaterial, och att uppvärmningsorgan (11), när formverktyget (8) är i 10 15 20 25 30 35 509 5oš"å 27 sitt slutna läge, upphettar det termoplastiska matrismaterialet till en temperatur som är högre än matrismaterialets mjukningspunkt.

14. Förfarande enligt något av patentkraven 11 till 13, k ä n n e t e c k n a t a v att armeringsmaterialet i den i förfarandet använda materialsatsen (3, 3') innefattar glasfiber och att det termoplastiska matrismaterialet i materialsatsen (3, 3') innefattar polyester.

15. Förfarande enligt patentkrav 11 eller 12, k ä n n e t e c k n a t a v att den i förfarandet använda materialsatsen (3, 3') innefattar ett armeringsmaterial och att formverktyget (8) innefattar ett injiceringsorgan (10) injiceras i med vars hjälp härdbart matrismaterial formverktyget (8) för att impregnera nämnda armeringsmaterial.

16. Förfarande enligt patentkrav 15, k ä n n e t e c k n a t a v att armeringsmaterialet i den i förfarandet använda materialsatsen (3, 3') innefattar glasfiber och att det härdbara matrismaterialet innefattar vinylester.

17. Förfarande enligt något av patentkraven 11 till 16, k ä n n e t e c k n a t a v att armeringsmaterialet hos den i förfarandet använda.materialsatsen (3, 3') innefattar kontinuerliga armeringsfibrer, och att huvuddelen av armeringsfibrerna anordnas för att följa spänningsriktningen hos de belastningar som förväntas uppstå på en hålkropp (16) som formats genom förfarandet.

18. Förfarande enligt något av patentkraven 11 till 17, k ä n n e t e c k n a t a v att materialsatsen (3, 3') tillhandahålls i form av ett inre skikt av varptrikå, och ett yttre skikt som framställts genom flätning, och att 10 15 20 25 30 35 509 503 28 förfarandet innefattar flätning av nämnda yttre skikt i en flätningsanordning.

19. Förfarande enligt något av patentkraven 11 till 18, k ä n n e t e c k n a t a v att den förformade kärnan (1, 1') innan formning förses med urtagningar inuti vilka förstärkningselement av ett annat material än kärnan (1, 1') placeras.

20. Hålkropp, innefattande ett första skikt (21, 2l') med ett armeringsmaterial och ett matrismaterial, kännetecknad av atthuvuddelenavde armeringsfibrer som. ingår i armeringsmaterialet följer spänningsriktningen hos de belastningar sonnhålkroppen (20) förväntas utsättas för vid upptagande av last.

21. Hålkropp enligt patentkrav 20, k ä n n e t e c k n a d a v att armeringsfibrerna innefattar kontinuerliga fibrer.

22. Hålkropp enligt patentkrav 20 eller 21, kännetecknad av att hålkroppen(20) innefattar en förformad kärna (23), och att ett andra skikt (22, 22') hos hålkroppen (20) är beläget innanför det första skiktet (21, 2l') men utanför kärnan (23), och att nämnda andra skikt (22, 22') härrör ifrån ett tryckmembran.

23. Hålkropp enligt patentkrav 22, k ä n n e t e c k n a d a v att den förformade kärnan (23) innefattar urtagningar, och att förstärkningselement (24, 25) är placerade 5. nämnda urtagningar nællan det första (21, 21') och andra skiktet (22, 22').

24. Hålkropp enligt något av patentkraven 20 till 23, k ä n n e t e c k n a d a v att matrismaterialet i det första skiktet (21, 2l') innefattar en termoplast. 10 509 5o3"l 29

25. Hålkropp enligt något av patentkraven 20 till 24, k ä n n e t e c k n a d a v att armeringsmaterialet innefattar glasfiber och matrismaterialet polyester.

26. Hålkropp enligt något av patentkraven 20 till 25, k ä n n e t e c k n a d a v att det första skiktet innefattar armeringsmaterial i form av varptrikå och/eller i form av flätat armeringsmaterial.

27. Hålkropp enligt något av patentkraven 20 till 26, k ä n n e t e c k n a d a v att hâlkroppen (20) är utformad som ett lastbärande element för ett motorfordon.