DE2063169A1 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Profilen aus mit Fasern verstärktem Kunstharz - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Profilen aus mit Fasern verstärktem KunstharzInfo
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Description
DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. SCHÖNWALD DR.-ING. TH. MEYER DRFUES DIPL.-CHEM. ALEK VON KREISLER
DIPL.-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KlOPSCH
KÖLN 1, DEICHMANNHAUS
Sch/est
Grillo-Werke Aktiengesellschaft, 4l Duisburg-Hamborn,
Weseler Straße 1
Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Profilen aus mit Fasern verstärktem
Kunstharz
Die Erfindung -bezieht sich auf ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Voll- oder Hohlprofilen aus mit Fasern, vorzugsweise
Glasfern, verstärktem Kunstharz, wie Polyesterharz u.dgl.
Die kontinuierliche Herstellung von Profilen der genannten Art erfolgt im allgemeinen in der Weise, daß
man ein geeignetes Fasermaterial, z.B. in Form von Strängen, Gewebebahnen, Vliesen u.dgl. durch ein mit
härtbarem Harz versehenes Harzbad, gegebenenfalls unter Umlenkung ο„dgl. zieht, wodurch das Fasermaterial
bei gleichzeitiger Entfernung eingeschlossener Luft imprägniert wird, worauf das imprägnierte Faserbündel
in eine an ihrem Eintrittsende gekühlte, leicht konische Form unter Abgabe des Harzüberschusses eingezogen wird.
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Anschließend wird das getränkte Fasermaterial unter Wärmezufuhr in der Form gehärtet, worauf eine hinter
dem Formausgang befindliche Abzugsvorrichtung den gehärteten Strang kontinuierlich abzieht, der sodann
in abgeteilte Längen unterteilt wird. Diese Verfahrensweise kann sowohl horizontal als auch vertikal ausgeübt
werden, wobei dem vertikalen Arbeiten bei Hohlprofilen der Vorzug gegeben wird, da dabei der erforderliche Dorn
besser zentriert werden kann.
Diese Verfahrenstechnik ist mit einigen wesentlichen Nachteilen verbunden. So ist z.B. bei horizontaler Arbeitsweise
die Herstellung von Profilen, insbesondere Hoh'lprofilen
mit kompliziertem Profilquerschnitt, kaum möglich, weil eine einwandfreie Einführung der aus dem Tränkbad
zulaufenden Faserstränge und Gewebe- oder.Mattenstreifen
um einen zentrisch angeordneten Dorn nicht gelingt. Selbst bei komplizierteren offenen Profilen bereitet es erhebliche
Schwierigkeiten, die· imprägnierten Faserstränge und Faserbänder so zuzuführen, daß der Formquerschnitt
einen gleichmäßigen Anteil an Verstärkungsmaterial aufweist. Es istw3iterhin bekannt,das Harz unter Druck
dem Fasermaterial zuzuführen. Dies geschieht jedoch,bevor das Fasermaterial die eigentliche Formgebungsstrecke
erreicht hat. Das·Fasermaterial hat hierbei noch eine
Ausdehnung, die größer als der Querschnitt des herzustellenden Profils ist. Infolge der Imprägnierung des Fasermaterials
am Eingang der Form besteht keine Gewähr, daß das Fasermaterial in der gewünschten Verteilung über dem
Profilquerschnitt die Form durchläuft.
Diese Schwierigkeiten werden zwar bei der vertikalen Arbeitsweise weitgehend dadurch ausgeschaltet, daß das
Tränkbad unmittelbar über dem konischen Formeinlauf liegt
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und sich die konzentrisch um ds Tränkbad angeordneten
Verstärkungsmaterialien gut führen lassen, jedoch tritt auch hier beim Eintritt des Fasermaterials in die Form
durch den Rückstau des im Fasermaterial enthaltenen überschüssigen Harzes eine Fließbewegung mit zum Teil
nicht kontrollierbarer Veränderung der Faseranordnung auf. Ferner ist es notwendig, den Bereich des Formeinlaufes
zu kühlen, damit eine Wärmeübertragung in das vorgeschaltete Tränkbad und damit dessen vorzeitige
Gelierung verhindert wird.
Innerhalb der Form tritt zwischen der Formwandung und dem härterwerdenden Strang eine beträchtliche Gleitreibung
auf, weshalb die Länge der Form und damit die Arbeitsgeschwindigkeit des erzeugten Profils begrenzt
sind, da das Verstärkungsmaterial anderenfalls'der erforderlichen Höhe der Abzugskräfte nicht mehr gewachsen
ist. Durch die Kühlung des Formeinlaufes wird die für die Härtung des Laminates zur Verfügung stehende Strecke
zusätzlich reduziert. Ein Ausgleich dieser Erscheinungen durch Verwendung hochreaktiver Harze und/oder hoher
Reaktionsmittelzusätze verbietet sich, da eine derartige Spontanhärtung zu sehr spröden Produkten führt und
infolge der in der Form auftretenden Schrumpfspannungen
in erheblichem Umfange die Gefahr der Rißbildung auftritt. .
Aufgabe der Erfindung ist es, Profile aus mit Fasern verstärktem Kunstharz so herstellen zu können, daß das
Fasermaterial bei Bildung des zu härtenden Profilstranges in vorbestimmter Verteilung und Aufteilung über den
Profilquerschnitt mit Sicherheit bleibt und die Herstellung unabhängig von der Lage der gesamten Vorrichtung,
d.h. horizontal oder vertikal, ist. Das Verfahren, bei dem die Fasern mit dem Harz getränkt und die ge-
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tränkten Paserstränge durch einen Formkanal gezogen werden, in dem die Härtung des Harzes in der Wärme
erfolgt, zeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch aus, däß die Benetzung des Faserverstärkungsmaterials
mit dem flüssigen Harz unter Druck erst vorgenommen wird, nachdem das Fasermaterial die Formgebungstrecke
des das Profil bildenden Formteils eine vorbestimmte Wegstrecke durchlaufen hat.
Auf diese Weise wird verhindert, daß beim Zusammenbringen von flüssigem Kunstharz und Fasermaterial das letztere
ausweichen und dabei eine unkontrollierbare Lage in dem Profilquerschnitt einnehmen kann. Das Fasermaterial
wird noch im trocknen Zustand in den Profilquerschnitt übergeführt, und zwar so, wie die Verteilung des Fasermaterials
durch entsprechende Zuführung der Faserstränge, der Gewebebahn, der Vliese o.dgl. vorgesehen ist. In
der Form liegt das trockene Fasermaterial in der gewünschten Weise über dem Profilquerschnitt verteilt
unverrückbar zueinander, erst dann erfolgt das Tränken des in dem Profilquerschnitt festgelegten trockenen
Fasermaterials mit dem flüssigen Kunstharz. Dadurch ist die Gewähr gegeben, daß das Fasermaterial in dem gehärteten
Profil so verteilt ist, wie die Verteilung vorbestimmt war.
Die erfindungsgemäße Verfahrensweise ermöglicht ein gleich gutes Arbeiten sowohl in vertikaler als auch in horizontaler
Anordnung, da auch bei letzterer die Zuführung des nunmehr trockenen Verstärkungsmaterials selbst um einen
zentrisch liegenden Dorn herum keine Schwierigkeiten mehr bereitet. Es kann unter Umständen vorteilhaft sein,
die Anordnung der Anlage in einem Schrägwinkel gegenüber
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der Horizontalen vorzusehen, um die erforderlichen Verstärkungsmaterialien
leichter konzentrisch um den Formeinlauf anordnen zu können. Die horizontale oder die nur
wenig geneigt liegende Anlage bietet den Vorteil eines selbsttätigen Weitertransportes des gehärteten Profils
am Ende der Abzu^strelce. Die abgeschnittenen Profilteile
können über einen Tisch, eine Rollbahn o.dgl. abgeführt werden.
Der Einspritzdruck für das Harz kann entsprechend der Abzugsgeschwindigkeit und dem Volumenanteil an Verstärkungs·
material variiert werden, wobei die im Fasermaterial enthaltene Luft in Richtung des Formeinlaufes ausgetrieben
wird. Der Einspritzdruck ist dabei so zu wählen, daß gerade kein Harz mehr am Formeinlauf austritt. Da in dem
in Arbeitsrichtung liegenden, längeren, beheizten Formkanal die Aushärtung des Harzes erfolgt, ist sichergestellt,
daß das eingespritzte Harz stets in Richtung zum Formeinlauf fließt.
Zweckmäßig wird das zuzuführende Harz auf eine Temperatur vorgewärmt, die nur wenig unter oder in der gleichen
Höhe wie die Härtetemperatur liegt. Dadurch wird die Viskosität des Harzes stark erniedrigt und die Tränkung
und Benetzung der"Fasermaterialien erheüich verbessert.
Außerdem kann der Härtekanal kürzer gehalten bzw. bei gleicher Länge wie bisher zur Steigerung der Arbeitsgeschwindigkeit ausgenutzt werden.
Die durch die Erfindung erzielten Vorteile können noch dadurch unterstützt werden, daß zum Tränken des Fasermaterials
niedrig schrumpfende Harze verwendet werden, bei denen während der Härtung keine bzw. eine nur sehr
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geringe, praktisch also vernachlässigbare, Schwindung des gehärteten Profils von den Porraenwandungen stattfindet»
Dies trägt auch dazu bei, daß das unter verhältnismäßig hohem Druck eingespritzte Harz nicht in Arbeitsrichtung, d.h.
in Bewegungsrichtung des Gutes, sondern ausschließlich entgegen der Arbeitsrichtung auf den Formeneinlauf zufließt.
Die lineare Schwiridung derartiger Harze soll den Wert von 1,5$ nicht Überschreitens vorteilhaft sind Werte unter
1% bis herunter zu 0,1$. In Betracht kommen hier vor allem
die Harze auf der Basis ungesättigter, styrolhaltiger Polyesterharze, die gewisse Anteile thermoplastischer Harze
enthalten. Auch sind niedrig-schrumpfende Epoxid-Harze geeignet«.
Bei diesen Harzen bzw. Harzzusammensetzungen ergibt sich als weiterer Vorteil eine wesentlich glattere,
von Schwindungsmarkierungen weitgehend freie und dadurch optisch gefälligere Oberfläche des erzeugten Profils, die falls
es erforderlich - ohne Vorbehandlung lackiert werden kann.
Weiterhin kann dem der Form zuzuführenden Harz ein bis nahe
der Härtetemperatur desselben stabiles Peroxid zugegeben werden. Hierzu werden vorzugsweise Tertiärbytylhydroperoxid
bzw. Derivate desselben verwendet. Diese Peroxide lösen nur eine geringe Polymerisation bis zu Temperaturen-aus,
die nur wenig unter den Härtetemperaturen liegen, so daß die Gefahr einer vorzeitigen Gelierung des zugesetzten Harzes
vermieden wird. Die Peroxide haben noch den Vorteil, daß infolge der höheren Temperatur des Harzes eine niedrigere
Viskosität erhalten wird, was eine wesentlich schnellere und vollständigere Benetzung der Faser zur Folge hat. Es
kann also ohne Gefahr, daß das Fasermaterial örtlich ungenetzt bleibt, und ohne Gefahr von Lufteinschlüssen schneller
gearbeitet werden, ohne daß die Strecke des Formkanals
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verlängert werden muß. Ein weiterer Vorzug liegt darin,
daß, wegen der niedrigen Harzviskosität ein höherer FUIlstoffanteil
eingesetzt werden kann - was bisweilen erwünscht ist.
Die Vorrichtung zur Tränkung des Verstärkungsmaterials
in der Form selbst ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung so ausgebildet, daß der den Profilquerschnitt
enthaltende Formkanal zwischen seinen Enden mit einer Zuführungsvorrichtung für das Tränkungsharz versehen ist,
wobei das Verstärkungsmaterial unmittelbar im trockenen W Zustand in die Formgebungsstrecke eingezogen wird. Zum
Einspritzen des Harzes weist die Vorrichtung am Umfang des Formkanals verteilte Düsen auf, so daß die Gewähr
besteht, daß das eingespritzte Harz auch jeden Teil des Faserstranges od.dgl. ausreichend benetzt und tränkt.
Der Spritzdruck wird durch eine Druckpumpe erzeugt, die zwischen einem Harzvorratsbehälter und dem DUseneinspritzteil
angeordnet wird. Vorteilhaft befindet sich zwischen der Einspritzvorrichtung und der Druckpumpe noch ein Erhitzer,
zweckmäßig ein Durchlauferhitzer, der das Harz auf etwa die Härtetemperatur vorwärmt. Der vor der Harzzuführungsvorrichtung
liegende Teil der Formgebungsstrecke g| kann unbeheizt bleiben. In vielen Fällen erweist es sich
jedoch als vorteilhaft, auch bei dem ersten Teil der Formgebungsstrecke eine Heizung vorzusehen, wodurch der trockene
Glasfaserstrang, der etwas Bindeharz enthält, eine gewisse Glättung erfährt und außerdem der Temperaturverlust
im Bereich der Injektionszone verringert wird. Da derartige Profile überwiegend mit einem Glasanteil von über 50# produziert
werden, würde ein kalter Glasfaserstrang das bei höherer Temperatur injizierte Harz erheblich abkühlen können.
Eine Vorwärmung wirkt sich vorteilhaft auf die Arbeitsgeschwindigkeit aus.
Die Erfindung wird an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels nachstehend erläutert.
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Fig. 1 zeigt eine Anlage zur kontinuierlichen Herstellung
von Profilen aus mit faserverstärktem Kunstharz gemäß der Erfindung im Schema.
Fig. 2 stellt einen Schnitt durch die Einspritzvorrichtung bei dem Formkanal dar.
Fig. 5 ist ein Querschnitt nach der Linie III-III der
Fig. 2,
Fig. 4 veranschaulicht eine weitere-Einspritzvorrichtung
für ein H-förmiges Profil.
Die Anlage 1 zur kontinuierlichen Herstellung faserverstärkter Profile ist in horizontaler Arbeitsrichtung
vorgesehen. Unmittelbar zu dem die Formgebungsstrecke aufweisenden Formkanal 2 führt das Verstärkungsmaterial J, das in Form von Strängen, Gewebebahnen, Vliesen
o.dgl. aus Glasfaser o.dgl. vorgesehen sein kann, im trokkenen
Zustand, wdoei die Faserstränge o.dgl. von einem Spulengestell 4 entsprechend der Arbeitsgeschwindigkeit
abgezogen werden. Zwischen den Enden der Formgebungsstrecke des Formkanals 2, vorzugsweise etwa am Ende des
ersten Drittels des Formkanals, ist eine Vorrichtung 5 zum Einspritzen des Harzes vorgesehen. Diese Vorrichtung
weist ein auswechselbares Zwischenstück 6 auf, das zwischen Flanschen 2c und 2d des Formkanals 2 eingespannt gehalten
wird. Zur gleichmäßigen Zuführung des Harzes dient ein Ringkanal 7, von dem ein Ringspalt 8 oder Düsen zu dem
Querschnitt des zu bildenden Profils führen. Die Druckleitung 9 steht mit dem Ringkanal 1J in Verbindung. Die
Größe des Ringkanals 7 und des Ringspaltes 8 bzw. entsprechender Düsenbohrungen kann durch ein entsprechend ge-
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formtes Einsatzstück 10, das auswechselbar ist, variiert
werden. Der in Arbeitsrichtung vor der InjektJonszone
5 für das Harz liegende Formkanalteil 2a kann unbeheizt
bleiben, während der Formkanal 2b nach der Injektionszone 5 mittels der Heizvorrichtung 11 für das Härten des
Harzes geheizt wird.
Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der Einspritzvorrichtung
5a für ein H-förmiges Profil. Die Druckleitung
9 verzweigt sich in einem Verteilerstück 22 in mehrere Abzweigleitungen 2j5a,2^b,"22c zu dem aus mehreren
Teilen zusammengesetzten Zwischenstück 6a, wobei eine
Vielzahl von Bohrungen 24,25 für eine ausreichende Zuführung des Harzes zu dem Η-Profil sorgen.
In der Zuführungsleitung 9 für das Harz ist eine Druckpumpe
12 vorgesehen, die von einem Harzvorratsbehälter 13 über die Leitung 14 gespeist wird. In der Leitung 9
ist zwischen Druckpumpe 12 und der Einspritzvorrichtung 5 zweckmäßig ein Durchlauferhitzer 15 angeordnet, der
das zuzuführende Harz auf eine nahe der Härtetemperatur liegende Temperatur vorwärmen kann.
Das gehärtete Profil 16 wird mittels zweier Abzugsvorrichtungen 17 aus dem Formkanal 2 abgezogen, wobei die
Abzugsvorrichtungen im Gegentakt arbeiten, so daß ein kontinuierlicher Materialcbzug gewährleistet ist.
Nach genügender Länge des Profils 16 erfolgt ein Aufteilen des Profils, was mittels einer Sägevorrichtung
8 erfolgen kann, die als fest angeordnete oder als
fliegende Säge vorgesehen werden kann. Mit 19 sind Klemmbacken zur Durchführung des Sägeschnittes bezeichnet.
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- ίο -
Auf einem Tisch 20, der als Rolltisch ausgebildet sein kann, werden die abgeschnittenen Profillängen gesammelt
und können mittels eines Abstreifers 21 abtransportiert
.werden. Da der Sägeschnitt nur einige Sekunden erfordert, genügt in der Regel eine fest angeordnete Sägevorrichtung,
wobei der Materialtransport während der Schnittdauer unterbrochen werden Imn. Der Druck, mit dem das Harz
in den Formkanal eingespritzt wird, kann je nach der Harzzusammensetzung in einem weitern Bereich schwanken.
Man kann das Harz durch Schwerkraft zu der Spritzvorrichtung zulaufen lassen. Der Druck für das Einspritzen
des Harzes kann aber auch 80 atü erreichen. Im allgemeinen wird mit einem Spritzdruck zwischen etwa 10 und etwa 50 atü
gearbeitet werden. Statt in horizontaler Lage kann die Anlage auch in vertikaler Richtung arbeitend angeordnet
sein. Man kann die Anlage auch in jedem Winkel zwischen 0 und 90 zur Horizontalen liqgnd vorsehen. Durch die
Art der Benetzung des Fasermaterials ist man von der Winkellage der Anlage bei stets gleich guten Ergebnissen
unabhängig.
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Claims (1)
- - li -Λ η s η r U c h eVerfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Profilen aus mit Fasern verstärktem Kunstharz wie Polyesterharz od.dgl., bei dem die Fasern, insbesondere in Form von Strängen und/oder Gewebebahnen u.dgl., mit dem Harz getränkt und die getränkten Faserstränge durch einen Formkanal gezogen werden, in dem die Härtung des Harzes in der Wärme erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Benetzung des Faserverstärkungsmaterials mit dem flüssigen Harz unter Druck erst vorgenommen wird, nachdem das Fasermaterial die Formgebungsstrecke des das Profil bildenden Formteils eine vorbestimmte Wegstrecke durchlaufen hat.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das trockene Fasermaterial vorgewärmt wird, und daß die Vorwärmung bis auf etwa die Harztemperatur erfolgt.5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zuzuführende Harz auf eine Temperatur vorgewärmt wird, die nur tfenig unter oder in der gleichen Höhe wie die Härtetemperatur liegt.1\. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis J5, dadurch gekennzeichnet, daß niedrig-schrumpfende Harze verwendet werden und daß als solche Harze ungesättigte, styrolhaltige Polyesterharze, die Anteile thermoplastischer Harze enthalten, dienen.5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als niedrig-schrumpfende Harze Epoxidharze verwendet werden.209828/03076. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem der Form zuzuführenden Harz ein bis nahe der Härtetemperatur desselben stabiles Peroxid zugegeben wird und daß als Peroxid Tertiar.bytylhydroperoxid bzw. Derivate desselben verwendet werden.7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der das Verstärkungsmaterial, insbesondere in Form von Strängen, Gewebebahnen, Vliesen od.dgl. mit Harz getränkt und Harz und Verstärkungsmaterial in einem Formkanal einer Härtung unterworfen werden, worauf das erhärtete Profil mittels einer Abzugsvorrichtung von dem Formkanal abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkanal (2) zwischen seinen Enden mit einer Vorrichtung (5,5a) zur Zuführung des Tränkungsharzes versehen ist, und daß das Verstärkungsmaterial im trockenen Zustand unmittelbar in den Formgebungsteil des Formkanals (2) einführbar ist.8. Vorrichtung nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß die Harzzuführungsvorrichtung (5*5a) am Umfang des Formgebungskanals einen Ringspalt (8) bzw. Bohrungen (24,25) aufweist, und daß zwischen einem Harzvorratsbehälter (13) und dem Einspritzteil (5) eine Druckpumpe (12) angeordnet ist.9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Einspritzvorrichtung (5) und Druckpumpe (12) ein Erhitzer (15) für das Harz vorgesehen ist.10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9* dadurch gekennzeichnet, daß der vor der Harzzuführungsvorrichtung (5) liegende Teil (2a) des Formgebungskanals (2) beheizbar ist.209828/030711. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Profil-Herstellurigsanlage (1) mit ihrer Arbeitsrichtung; in einem Schrägwinkel zur Horizontalen abfallend angeordnet ist.209828/0307
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