RS57402B1

RS57402B1 - Kompozitni konstrukcijski proizvod

Info

Publication number: RS57402B1
Application number: RS20180759A
Authority: RS
Inventors: Ronald Clare Hawley; Derek Joel Mazula
Original assignee: Integrated Composite Products Inc
Priority date: 2013-07-24
Filing date: 2014-07-24
Publication date: 2018-09-28
Also published as: US20180186116A1; LT3024644T; HUE038306T2; SI3024644T1; PL3024644T3; ES2685403T3; US11104097B2; TR201809831T4; HRP20181057T1; PT3024644T; EP3024644A1; MX370939B; WO2015013529A1; CA2919089C; CN105579223B; DK3024644T3; EP3024644B1; MX2016000891A; CN105579223A; US20150151506A1

Description

Opis

POZADINA

[0001] Fizička svojstva termoplastičnih polimera mogu da se poboljšaju ugradnjom materijala za punjenje kao što su staklena vlakna. Ugradnja staklenih vlakana u polimerne proizvode povoljno deluje na svojstva smole kao što su zatezna čvrstoća, krutost, dimenzionalna stabilnost i otpornost na puženje i toplotno širenje. Tradicionalni postupci proizvodnje takvih proizvoda su injekciono brizganje ili kompresijsko oblikovanje standardnog, prethodno-sastavljenog polimera napunjenog staklenim vlaknom. Iako zadovoljavaju određene ciljeve u optimizovanju kvaliteta gotovog proizvoda, konvencionalno ispunjeni proizvodi su se pokazali komercijalno skupi i na drugi način su izgubili svoje ciljeve u smislu težine, udarne performanse i jačine. Poboljšanja za proizvodnju vlaknasto ojačanih proizvoda su poželjna.

[0002] Dokument US5460673 opisuje komponentu kompozitnog materijala koja obuhvata dva nekoplanarna zida, ojačana vlaknastim ojačanjem.

SAŽETAK

[0003] Ovaj pronalazak odnosi se na kompozitne konstrukcijske proizvode a, naročito, na kompozitne konstrukcijske proizvode koji uključuju kontinualni vlaknasti zatezni element i/ili otvoreni mrežasti tkani element. Kontinualni vlaknasti zatezni element i/ili otvoreni mrežasti tkani element može da poboljša strukturne karakteristike dok smanjuje masu i/ili troškove kompozitnog konstrukcijskog proizvoda.

[0004] U jednom aspektu, kompozitni konstrukcijski proizvod prema patentnom zahtevu 1 uključuje polimerno telo koje ima prvu glavnu površinu i suprotnu drugu glavnu površinu, i mnoštvo vlakana koji formiraju disperziju vlakana unutar polimernog tela. Vlakna imaju prosečnu dužinu manju od 15 mm i prosečan prečnik manji od 50 mikrometara. Bočno pružajući rebrasti element pruža se od druge glavne površine i ima bočnu dužinu koja formira deo polimernog tela. Kontinualni vlaknasti element pruža se duž i ugrađen je unutar bočne dužine rebrastog elementa. Kontinualni vlaknasti element uključuje mnoštvo paralelnih i zajedno pružajućih kontinualnih vlakana i smolu.

[0005] U drugom aspektu, kompozitni konstrukcijski proizvod prema patentnom zahtevu 8 uključuje polimerno telo koje ima prvu glavnu površinu i suprotnu drugu glavnu površinu. Druga glavna površina je teksturirana površina. Otvoreni mrežasti tkani element ugrađen je unutar i koplanaran sa teksturiranom površinom.

[0006] U daljem aspektu, kompozitni konstrukcijski proizvodi opisani ovde formiraju se injekcionim brizganjem ili kompresijskim oblikovanjem, prema patentnom zahtevu 14.

[0007] Ove i razne druge karakteristike i prednosti biće očigledne čitanjem detaljnog opisa koji sledi.

KRATAK OPIS SLIKA

[0008] Ovaj pronalazak može se potpunije razumeti uzimajući u obzir sledeći detaljan opis raznih primera izvođenja ovog pronalaska u vezi sa pratećim nacrtom, u kom:

FIG.1 je šematski prikaz dijagrama poprečnog preseka ilustrativnog kompozitnog konstrukcijskog proizvoda uključujući i zatezne i udarne članove;

FIG.2 je aksonometrijski šematski prikaz dijagrama odozgo ilustrativnog kompozitnog konstrukcijskog proizvoda uključujući udarne članove;

FIG.3 je aksonometrijski šematski prikaz dijagrama odozdo ilustrativnog kompozitnog konstrukcijskog proizvoda uključujući zatezne članove;

FIG.4 je šematski prikaz dijagrama odozgo ilustrativnog zakrivljenog kompozitnog konstrukcijskog proizvoda uključujući udarne članove;

FIG.5 je šematski prikaz dijagrama spreda ilustrativnog zakrivljenog kompozitnog konstrukcijskog proizvoda sa FIG.4;

FIG.6 je šematski prikaz dijagrama poprečnog preseka ilustrativnog zakrivljenog kompozitnog konstrukcijskog proizvoda sa FIG.4, izvedenog duž linije 6-6; i

FIG.7 je aksonometrijski prikaz kontejnera formiranog od kompozitnih konstrukcijskih proizvoda uključujući i zatezne i udarne članove.

DETALJAN OPIS

[0009] U detaljnom opisu koji sledi, upućuje se na priloženi nacrt koji formira njegov deo, a u kom je prikazano, u lilustrativne svrhe, nekoliko specifičnih primera izvođenja. Podrazumeva se da su drugi primeri izvođenja razmotreni i mogu da se izvedu bez odstupanja od obima patentnih zahteva. Detaljan opis koji sledi, prema tome, ne treba uzeti u ograničavajućem smislu.

[0010] Svi naučni i tehnički izrazi korišćeni ovde imaju značenja koja se obično koriste u ovoj oblasti osim ukoliko nije drugačije naznačeno. Definicije obezbeđene ovde su da olakšaju razumevanje određenih izraza koji se ovde često koriste, a nisu namenjene da ograniče obim ovog pronalaska.

[0011] Osim ukoliko nije drugačije naznačeno, svi brojevi koji eksprimiraju istaknute veličine, količine, i fizička svojstva korišćena u specifikaciji i patentnim zahtevima treba da se razumeju kao da se modifikuju u svim primerima izrazom "oko." Prema tome, osim ako nije suprotno naznačeno, numerički parametri navedeni u prethodnoj specifikaciji i priloženim zahtevima su aproksimacije koje mogu da variraju u zavisnosti od svojstva koja treba da dobiju prosečni stručnjaci u ovoj oblasti korišćenjem učenja opisanih ovde.

[0012] Navođenje brojčanih opsega po krajnjim tačkama uključuje sve brojeve obuhvaćene unutar tog opsega (npr.1 do 5 uključuje 1, 1,5, 2, 2,75, 3, 3,80, 4 i 5) i bilo koji opseg unutar tog opsega.

[0013] Kao što se koristi u ovoj specifikaciji i priloženim patentnim zahtevima, oblici jednine "neki", "neka" i "taj" obuhvataju primere izvođenja koji imaju množine, osim ako sadržaj jasno ne nalaže drugačije.

[0014] Kao što se koristi u ovoj specifikaciji i priloženim patentnim zahtevima, pojam "ili" uopšteno se koristi u svom značenju uključujući "i/ili" osim ako sadržaj jasno ne nalaže drugačije.

[0015] Kao što se ovde koristi, "ima", "koji ima", "uključuje", "uključujući", "obuhvata", "koji obuhvata" ili slično koriste se u svom otvorenom završnom smislu, i uopšteno znače "uključujući, ali bez ograničenja na". Podrazumeva se da su "koji se suštinski sastoji od, "koji se sastoji od", i slično obuhvaćeni u "koji obuhvata," i slično.

[0016] Treba napomenuti da se "odozgo" i "odozdo" (ili drugi pojmovi kao "gornji" i "donji" ili "prvi" i "drugi") koriste strogo za relativne opise i ne podrazumevaju bilo kakvu ukupnu orjentaciju predmeta u kom je opisani element smešten.

[0017] Ovaj pronalazak odnosi se na kompozitni konstrukcijski proizvod a, određenije, na kompozitni konstrukcijski proizvodi koji uključuje kontinualni vlaknasti zatezni element i/ili otvoreni mrežasti tkani udarni element. Kompozitni konstrukcijski proizvod uključuje disperziju vlakana. Kontinualni vlaknasti zatezni element i/ili otvoreni mrežasti tkani udarni element može da poboljša strukturne karakteristike dok smanjuje masu i/ili troškove kompozitnog konstrukcijskog proizvoda. Kontinualni vlaknasti članovi mogu da obezbede zateznu čvrstoću polimernom telu. Kontinualni vlaknasti članovi mogu da budu smešteni strateški unutar polimernog tela da bi obezbedili zateznu čvrstoću gde je potrebno unutar polimernog tela. Kontinualni vlaknasti članovi ugrađeni su u bočno pružajuće rebraste elemente koji formiraju deo polimernog tela kompozitnog konstrukcijskog proizvoda, poželjno zadnje krajnje delove rebrastih elemenata. Otvoreni mrežasti tkani element ugrađen je unutar polimernog tela. Otvoreni mrežasti tkani element može da obezbedi udarnu jačinu polimernom telu. Otvoreni mrežasti tkani element može da bude smešten strateški unutar polimernog tela da bi obezbedio udarnu jačinu gde je potrebna unutar polimernog tela. Otvoreni mrežasti tkani element ugrađen je u teksturiranu površinu polimernog tela. U nekim primerima izvođenja, vitoperenje čvrstog tela ublaženo je korišćenjem i kontinualnih vlaknastih članova i/ili otvorenog mrežastog tkanog elementa. Ovi kompozitni konstrukcijski proizvodi mogu da se formiraju od laganih polimernih materijala. Ovi kompozitni konstrukcijski proizvodi poseduju visoku jačinu, krutost i visoku udarnu otpornost sa smanjenom masom u odnosu na konvencionalne strukturne članove. Iako ovaj pronalazak nije toliko ograničen, procena različitih aspekata ovog pronalaska dobiće se kroz diskusiju primera obezbeđenih dole.

[0018] Kompozitni konstrukcijski proizvod opisan ovde formira se injekcionim brizganjem ili kompresijskim oblikovanjem. Poželjno, kompozitni konstrukcijski proizvod opisan ovde formira se injekcionim brizganjem. Iznenađujuće, veliki ravni kompozitni konstrukcijski proizvodi formirani su da se odupru vitoperenju ili skupljanju, zbog zateznih i udarnih članova opisanih dole. Kompozitni konstrukcijski proizvod opisan ovde može da ima bilo koji fizički oblik ili strukturu.

[0019] FIG.1 je šematski prikaz dijagrama poprečnog preseka ilustrativnog kompozitnog konstrukcijskog proizvoda 10 koji uključuje i zatezne 30 i udarne članove 40. FIG.2 je aksonometrijski šematski prikaz dijagrama odozgo ilustrativnog kompozitnog konstrukcijskog proizvoda 10 uključujući udarne članove 40. FIG.3 je aksonometrijski šematski prikaz dijagrama odozdo ilustrativnog kompozitnog konstrukcijskog proizvoda 10 uključujući zatezne članove 30.

[0020] Kompozitni konstrukcijski proizvod 10 uključuje polimerno telo 20 koje ima prvu glavnu površinu 22 i suprotnu drugu glavnu površinu 24. U mnogim primerima izvođenja prva glavna površina 22 i suprotna druga glavna površina 24 su ravne i međusobno paralelne. Mnoštvo vlakana formira disperziju vlakana unutar polimernog tela 20. Vlakna koja formiraju ovu disperziju vlakana imaju prosečnu dužinu manju od 15 mm i prosečan prečnik manji od 50 mikrometara.

[0021] FIG.1 prikazuje kompozitni konstrukcijski proizvod 10 koji uključuje kontinualni vlaknasti element (tj., zatezni član) 30 koji se pruža po dužini druge glavne površine 24 i otvoreni mrežasti tkani element (tj., udarni član) 40 susedan i koplanaran sa suprotnom prvom glavnom površinom 22.

Kontinualni vlaknasti element 30 uključuje mnoštvo paralelnih i zajedno pružajućih kontinualnih vlakana i smolu. FIG.1 prikazuje projekciju četiri kontinualna vlaknasta elementa 30 van stranice i jedan kontinualni vlaknasti element 30 koji se pruža ortogonalno na četiri kontinualna vlaknasta elementa 30.

Podrazumeva se da kompozitni konstrukcijski proizvod 10 može da uključuje bilo koji broj pojedinačnih kontinualnih vlaknastih elemenata 30 međusobno paralelnih i/ili ortogonalnih.

[0022] FIG.2 je aksonometrijski šematski prikaz dijagrama odozgo ilustrativnog kompozitnog konstrukcijskog proizvoda 10 uključujući udarne članove 40. Iako je otvoreni mrežasti tkani element 40 prikazan kao vidljiv, podrazumeva se da je otvoreni mrežasti tkani element 40 ugrađen unutar polimernog tela 20 tako da nije nužno vidljiv. Otvoreni mrežasti tkani element 40 ugrađen je unutar i koplanaran sa suprotnom drugom glavnom površinom 24.

[0023] Površina ugradnje je teksturirana površina. Pojam "teksturiran" odnosi se na površinu koja ima ravnomernu ili neravnomernu talasastu površinu ili vrhove i doline po površini koja ima bočnu visinsku razliku jednaku najmanje prečniku vlaknastih snopova koji formiraju otvoreni mrežasti tkani element 40.

U mnogim primerima izvođenja, teksturirana površina ima ravnomerne ili neravnomerne talase ili vrhove i doline koji imaju bočnu visinsku razliku jednaku dvostrukom ili većem prečniku vlaknastih snopova koji formiraju otvoreni mrežasti tkani element 40.

[0024] FIG.3 je aksonometrijski šematski prikaz dijagrama odozdo ilustrativnog kompozitnog konstrukcijskog proizvoda 10 uključujući zatezne članove 30. Polimerno telo 20 uključuje izduženi rebrasti element 26 koji se pruža duž i od prve glavne površine 22 i suprotne druge glavne površine 24.

Kontinualni vlaknasti element 30 pruža se zajedno sa i ugrađen je unutar rebrastog člana 26. U mnogim primerima izvođenja kontinualni vlaknasti element 30 pruža se zajedno sa i ugrađen je unutar rebrastog elementa 26 zadnjeg krajnjeg dela (od suprotnih površina). Iako je kontinualni vlaknasti

element 30 prikazan kao vidljiv, podrazumeva se da je kontinualni vlaknasti element 30 ugrađen unutar polimernog tela 20 ili rebrastog elementa 26 tako da nije nužno vidljiv.

[0025] FIG.3 prikazuje primer izvođenja koji uključuje mnoštvo paralelno pružajućih kontinualnih vlaknastih elemenata 30. Ova slika prikazuje kompozitni konstrukcijski proizvod 10 koji uključuje skup prvih pet paralelnih rebrastih elemenata 26 i drugi skup pet paralelnih rebrastih elemenata 26 koji su međusobno ortogonalni. Kompozitni konstrukcijski proizvod 10 uključuje mnoštvo paralelnih i ortogonalnih nezavisnih kontinualnih vlaknastih elemenata 30. Kompozitni konstrukcijski proizvod 10 uključuje disperziju vlakana, kako je opisano dole, unutar polimernog tela 20. Disperzija vlakana može da pomogne u smanjenju vitoperenja kompozitnih konstrukcijskih proizvoda 10 koji obuhvataju kontinualne vlaknaste elemente 30, kao što je opisano ovde.

[0026] FIG.4 je šematski prikaz dijagrama odozgo ilustrativnog zakrivljenog kompozitnog konstrukcijskog proizvoda 100 uključujući udarni član 40. FIG.5 je šematski prikaz dijagrama spreda ilustrativnog zakrivljenog kompozitnog konstrukcijskog proizvoda 100 sa FIG.4. FIG.6 je šematski prikaz dijagrama poprečnog preseka ilustrativnog zakrivljenog kompozitnog konstrukcijskog proizvoda 100 sa FIG.4, izvedenog duž linije 6-6.

[0027] FIG.4 je šematski prikaz dijagrama odozgo ilustrativnog zakrivljenog kompozitnog konstrukcijskog proizvoda 100 koji prikazuje ugrađen otvoreni mrežasti tkani element 40 koji se pruža zajedno sa prvom glavnom površinom 22 polimernog tela 20. Suprotna druga glavna površina 24 uopšteno je, takođe, zakrivljena. FIG.5 je šematski prikaz dijagrama spreda ilustrativnog zakrivljenog kompozitnog konstrukcijskog proizvoda 100, gde se, iako je otvoreni mrežasti tkani element 40 prikazan kao vidljiv, podrazumeva da je otvoreni mrežasti tkani element 40 ugrađen unutar polimernog tela 20 (kao što je prikazano na FIG.4, tako da nije nužno vidljiv. Površina ugradnje je teksturirana kao što je gore opisano.

[0028] FIG.7 je aksonometrijski prikaz kontejnera 200 formiran od kompozitnih konstrukcijskih proizvoda 210 uključujući i zatezne 30 i udarne članove 40. Kontejner 200 je formiran od najmanje četiri kompozitna konstrukcijska proizvoda 210. Svaki kompozitni konstrukcijski proizvod 210, ili strana kontejnera 200, uključuje kontinualne vlaknaste elemente 30 koji se pružaju po dužini rebara 26 na drugoj glavnoj površini 24 i otvoreni mrežasti tkani element 40 ugrađen u i koplanaran sa suprotnom prvom glavnom površinom 22. Kontinualni vlaknasti element 30 uključuje mnoštvo paralelnih i zajedno pružajućih kontinualnih vlakana i smolu.

[0029] U ovom primeru izvođenja, prva glavna površina 22 je ravna, a druga glavna površina 24 uključuje veći broj presecajućih rebrastih elemenata 26 koji se pružaju od druge glavne površine 24. Prvo mnoštvo paralelnih rebrastih elemenata 26 pruža se po dužini pločastog člana, a drugo mnoštvo paralelnih rebrastih elemenata 26 pruža se po širini pločastih članova. Prvo mnoštvo rebrastih elemenata 26 preseca i ortogonalno je drugom mnoštvu rebrastih elemenata 26. Kontinualni vlaknasti član smešten je unutar ili ugrađen unutar jednog ili više ili unutar svih rebrastih elemenata 26, kao što je gore opisano. Pločasti član 210 uključuje jedan ili više otvorenih mrežastih tkanih elemenata 40 smeštenih unutar pločastog člana 210 i na ili između prve glavne površine 22 i suprotne druge glavne površine 24, kao što je gore opisano.

[0030] Čvrsto ili polimerno telo formira se od termoplastičnog materijala. Korisni polimerni materijal uključuje polipropilen, polietilen, najlon, akrilonitril butadien stiren, stiren akrilonitril, akrilik ili stiren, na primer. Dalji korisni polimeri uključuju PBT poliestar, PET poliestar, polioksimetilen, polikarbonat ili polifenilen sulfid, na primer. Visoko temperaturni polimerni materijal uključuje polisulfon, polietarsulfon, polietaretarketon ili tečni kristalni polimer, na primer.

[0031] Polimerni materijal uključuje mnoštvo nasumičnih vlakana koja formiraju disperziju vlakana u polimernom materijalu. Ova disperzija vlakana ima prosečnu dužinu vlakna manju od 15 mm ili manju od 12 mm ili manju od 5 mm ili manju od 1 mm. Disperzija vlakana ima prosečnu dužinu vlakana u opsegu od 1 do 15 mm ili u opsegu od 5 do 12 mm i može se nazvati "dugovlaknasta termoplastika". U ostalim primerima izvođenja, disperzija vlakana ima prosečnu dužinu vlakna u opsegu od 0,1 do 1 mm ili u opsegu od 0,25 do 0,75 mm i može se nazvati "kratkovlaknasta termoplastika". Vlakna koja formiraju ovu disperziju vlakana mogu da se formiraju od materijala koji su isti ili različiti u odnosu na materijal koji formira kontinualne vlaknaste članove kao što su staklena, ugljenična, bazaltna, grafitna, DuPont Kevlar vrste aramidna vlakna, keramička, prirodna vlakna, polimerna vlakna, i razni metali, na primer.

[0032] Disperzija vlakana može da bude prisutna u polimernom materijalu u opsegu od 5 do 60 mas.%. Poželjno, disperzija vlakana može da bude prisutna u polimernom materijalu u opsegu od 10 do 50 mas.%, ili u opsegu od 20 do 45 mas.%, ili u opsegu od 30 do 40 mas.%. Koristan polimerni materijal sa disperzijama vlakana komercijalno je dostupan od RTP Company, Winona, Minesota pod trgovinskom oznakom "RTP 107" (polipropilen sa 40mas.% disperzijom kratkih staklenih vlakana) i "RTP 80107" (polipropilen sa 40mas.% disperzijom dugih staklenih vlakana), na primer.

[0033] Kontinualni vlaknasti članovi mogu da se formiraju od bilo kog pogodnog vlaknastog materijala koji obezbeđuje zateznu čvrstoću. Mnoštvo kontinualnih vlakana pruža se duž podužne ose na paralelan i zajedno pružajući način kao kontinualni vlaknasti element ili snop koji se drži zajedno smolom.

Kontinualna vlakna mogu da se sastoje od: staklenih, ugljeničnih, grafitnih, DuPont Kevlar vrste aramidnih vlakana, keramičkih, prirodnih vlakana, polimernih vlakana, i raznih metala. Svaki kontinualni vlaknasti element ili snop može da ima prečnik u opsegu od 250 do 5000 mikrometara ili od 500 do 4000 mikrometara ili od 1000 do 3000 mikrometara. Svaki kontinualni vlaknasti element ili snop može da ima najmanje 40mas.% vlakna ili najmanje 50mas.% vlakna. Svaki kontinualni vlaknasti element ili snop ima od 50 do 30 mas.% smole.

[0034] U mnogim primerima izvođenja, smola korišćena da formira kontinualni vlaknasti element ili snop je kompatabilna sa, ili je istog tipa ili vrste kao, smolasti materijal koji formira čvrsto ili polimerno telo kompozitnog konstrukcijskog elementa. Ova konfiguracija obezbediće jaku vezu između kontinualnog vlaknastog elementa ili snopa i smolastog materijala koji formira čvrsto ili polimerno telo kompozitnog konstrukcijskog elementa.

[0035] Kontinualna vlakna mogu da imaju bilo koji pogodan prečnik kao što je 5 do 100 mikrometara ili manji od 50 mikrometara ili od 10 do 50 mikrometara ili od, na primer, 10 do 30 mikrometara.

Kontinualni vlaknasti članovi ili snopovi formirani su od mnoštva paralelnih i zajedno pružajućih kontinualnih vlakana. Kontinualni vlaknasti članovi ili snopovi formirani su od najmanje 1000 pojedinačnih i paralelnih i zajedno pružajućih kontinualnih vlakana il najmanje 2500 pojedinačnih i paralelnih i zajedno pružajućih kontinualnih vlakana ili najmanje 5000 pojedinačnih i paralelnih i zajedno pružajućih kontinualnih vlakana ili najmanje 7500 pojedinačnih i paralelnih i zajedno pružajućih kontinualnih vlakana. Mnoštvo paralelnih i zajedno pružajućih kontinualnih vlakana smešteno je unutar smole da formiraju kontinualni vlaknasti element ili snop, kao što je gore opisano.

[0036] Kontinualno vlakno može da ima bilo koju pogodnu dužinu i obično je najmanje isto tako dugo kao željena oblast ojačanja kao što je dužina rebrastog člana opisanog dole. U mnogim primerima izvođenja, kontinualno vlakno pruža se kontinuirano duž većeg dela prvih ili drugih suprotnih površina. U mnogim primerima izvođenja, kontinualno vlakno ima dužinu od najmanje 0,1 metra, ili 0,5 metara ili 1 metra ili veću od 1 metra. Ispitivanje je potvrdilo da samo dodavanje kontinualnog vlaknastog elementa ili snopa, opisanog gore, može da poboljša stukturnu čvrstoću ili otpornost na savijanje ili zateznu čvrstoću kompozitnog proizvoda za najmanje dva do tri puta u odnosu na proizvode bez kontinualnog vlaknastog elementa ili snopa.

[0037] Otvoreni mrežasti tkani element ili vlaknasta mreža može da se formira od bilo kog pogodnog vlaknastog materijala koji obezbeđuje zateznu čvrstoću u dva ortogonalna pravca i udarnu otpornost. Otvoreni mrežasti tkani element ili vlaknasta mreža može da se formira od mnoštva prvih paralelnih vlakana koja se pružaju u prvom pravcu u ravni i mnoštva drugih paralelnih vlakana koja se pružaju u drugom pravcu (ortogonalno na prvi pravac) u ravni. Prvo mnoštvo i drugo mnoštvo vlakana može da se sastoji od: staklenih, bazaltnih, ugljeničnih, grafitnih, DuPont Kevlar vrste aramidnih vlakana, keramičkih, prirodnih vlakana, polimernih vlakana, i raznih metala.

[0038] Vlaknasta mreža može da ima bilo koju korisnu praznu veličinu koja razdvaja presecajuća vlakna. U poželjnim primerima izvođenja, otvori su u opsegu od oko 1/8 kvadratnog inča do oko 1⁄2 kvadratnog inča (1 kvadratni inč = 6,4516 cm<2>) ili u veličini okca od oko 8 do oko 2 okca ili od oko 4 do oko 5 okca (otvora po 25,4 mm). U mnogim primerima izvođenja otvori imaju prosečno bočno rastojanje od najmanje 1 mm ili najmanje 2 mm ili najmanje 5 mm. Vlaknasta mreža može da ima bilo koju korisnu masu. U mnogim primerima izvođenja vlaknasta mreža ima masu u opsegu od 2 do 20 oz/yd<2>ili od 2 do 10 oz/yd<2>ili od 3 do 6 oz/yd<2>(1 oz/yd<2>= 0,0339 kg/m<2>).

[0039] Otvoreni mrežasti tkani element ili vlaknasta mreža može da uključuje smolu ili neki drugi hemijsku prevlaku da promoviše adheziju otvorenog mrežastog tkanog elementa na smolasti materijal koji formira čvrsto ili polimerno telo kompozitnog konstrukcijskog elementa. U nekim primerima izvođenja, otvoreni mrežasti tkani element ili vlaknasta mreža može da uključuje smolastu prevlaku na otvorenom mrežastom tkanom elementu koja je isti materijal ili kompatabilna sa smolastim materijalom koji formira čvrsto ili polimerno telo kompozitnog konstrukcijskog elementa. U ostalim primerima izvođenja, otvoreni mrežasti tkani element ili vlaknasta mreža može da uključuje smolastu prevlaku na otvorenom mrežastom tkanom elementu koja nije isti materijal ili nije kompatabilna sa smolastim materijalom koji formira čvrsto ili polimerno telo kompozitnog konstrukcijskog elementa. Ova "nekompatiblna" konfiguracija smole iznenađujuće obezbeđuje elastičan kompozitni konstrukcijski element.

[0040] Otvoreni mrežasti tkani element ili vlaknasta mreža može da uključuje kontinualni vlaknasti materijal kao što je opisano gore za kontinualne vlaknaste članove ili snopove. Dok neki od ovih otvorenih mrežastih tkanih elemenata uključuju smolastu prevlaku, mnogi primeri izvođenja ne uključuju smolu ili su bez smole. Korisni otvoreni mrežasti tkani elementi ili vlaknaste mreže komercijalno su dostupni od Saint-Gobain Adfors, Francuska, pod robnom oznakom "FibaTape".

[0041] Kontinualni vlaknasti članovi i vlaknasti mrežasti elementi mogu da se stave u pogodan kalup i

1

polimerni materijal postavljen u kalup da bi se formirao kompozitni konstrukcijski proizvod. Kompozitni konstrukcijski proizvodi formiraju se ubacivanjem kontinualnih vlaknastih članova i vlaknastih mrežastih elemenata u kalup i polimerni materijal se oblikuje kompresijom ili injekciono brizga oko kontinualnih vlaknastih članova i vlaknastih mrežastih elemenata.

[0042] Budući da se kompozitni konstrukcijski proizvod opisan ovde opire vitoperenju, kompozitni konstrukcijski proizvod može da se formira brzo i bez glomazne ili kapitalno intenzivne opreme za hlađenje koja se obično koristi da se inhibira vitoperenje kompozitnog konstrukcijskog proizvoda.

Otkriveno je da selektivno postavljanje kontinualnih vlaknastih članova i vlaknastih mrežastih elemenata iznenađujuće inhibira vitoperenje kompozitnih konstrukcijskih proizvoda.

[0043] Otvoreni mrežasti tkani element i/ili kontinualni vlaknasti element ili snop opisan ovde može da se koristi u konstrukcijskim kompozitnim proizvodima za različite industrije, tržišta i primene.

Kompozitni proizvodi opisani ovde naročito su korisni za: auto delove kao što su branici, odbojnici; transport kao što su palete i kontejneri; vazduhoplovstvo kao što su komponente aviona; vojsku kao što su raketne komponente; rekreaciju kao što su okvirne komponente vozila.

Primeri

[0044] Svi delovi, procenti, odnosi, itd. u primerima su po masi, osim ukoliko nije drugačije naznačeno.

[0045] Primenjuju se sledeće konverzije u SI jedinice:

1 inč = 25,4 mm

1 psi = 6894,76 Pa

1 lb = 1 funta = 0,4536 kg

1 oz/yd<2>= 0,0339 kg/m<2>

1 ft-lb = 1,356 J

Primer 1 - Kompozitni član sa zateznim članom

[0046] Kompozitni član je formiran tako da ima suprotne prve i druge ravne površine i rebrasti element koji se pruža od druge površine. Kompozitni član formiran je od polipropilena i 40mas.% disperzije dugih vlakana (RTP 80107 od RTP Company). Disperzija vlakana imala je prosečnu dužinu od oko 12 mm i prosečan prečnik od oko 20 mikrometara. Zatezni član je ugrađen unutar i po celoj dužini rebra kompozitnog člana. Zatezni član bio je kontinualni vlaknasti snop ili element formiran od nekoliko hiljada paralelnih i zajedno pružajućih staklenih vlakana i održan zajednički sa polipropilenskom smolom. Kontinualni vlaknasti snop bio je 60mas.% staklenih vlakana. Kontinualni vlaknasti snop imao je prečnik od oko 0,1 inča ili oko 2500 mikrometara. Kompozitni član imao je masu od 11,7 grama.

[0047] Član poređenja formiran je sa polipropilenom i 40mas.% disperzijom dugih vlakana (RTP 80107 od RTP Company) bez zateznog člana (kontinualni vlaknasti snop ili element) u rebrastom elementu ili unutar člana. Član poređenja imao je masu od 11,6 grama.

Rezultati

[0048] Test otpornosti na savijanje (test savijanja sa opterećenjem u tri tačke na 4,5" raspona) izveden je i na kompozitnom članu primera 1 i na članu poređenja primera 1. Član poređenja imao je zateznu čvrstoću od oko 5.000 psi. Kompozitni član imao je zateznu čvrstoću od oko 300.000 psi.

[0049] Ispitivanje sile na granici tečenja izvedeno je i na kompozitnom članu primera 1 i na članu poređenja primera 1. Član poređenja imao je silu na granici tečenja od oko 138 lb. Kompozitni član imao je silu na granici tečenja od oko 262 lb.

Primer 2 - Kompozitni član sa udarnim članom

[0050] Kompozitni član formiran je injekcionim brizganjem polipropilena i 40mas.% disperzije dugih vlakana (RTP 80107 od RTP Company) u kalupu prečnika 4 inča zajedno sa otvorenim mrežastim tkanim elementom. Disperzija vlakana imala je prosečnu dužinu od oko 12 mm i prosečan prečnik od oko 20 mikrometara. Udarni član bio je otvoreni mrežasti tkani element koji ima staklenu vlaknastu mrežu od 2 oz/yd<2>sa 8 vlaknastih snopova po inču (Saint-Gobain Adfors, Francuska).

[0051] Član poređenja formiran je sa polipropilenom i 40mas.% disperzijom dugih vlakana (RTP 80107 od RTP Company) bez udarnog člana (otvoreni mrežasti tkani element).

Rezultati

[0052] Ispitivanje udarne jačine (instrumentalizovan Dynatup test) izvedeno je i na kompozitnom članu primera 2 i na članu poređenja primera 2. Kompozitni član izdržao je dva do tri puta veću udarnu silu pre loma u poređenju sa članom poređenja primera 2.

[0053] Dalji primeri u kojima su korišćene različite mase otvorenih mrežastih tkanih elemenata formirani su i ispitivani na neuspeh. Polimerna smola bila je polipropilenska kopolimerna smola bez disperzije vlakana. Rezultati ispitivanja dati su dole u Tabeli 1.

Tabela 1

Primer 3 - Kompozitni član sa zateznim članom i udarnim članom

[0054] Kalup je korišćen kao što je prikazano na FIG.1-3. Dimenzije kalupa bile su 8 inča po širini, 18 inča po dužini, 1 inč po debljini. Pet rebara bilo je paralelno širini, a pet rebara bilo je paralelno dužini. Rebra po širini bila su ortogonalna rebrima po dužini.

[0055] Kompozitni proizvodi (sa zateznim članovima) formirani su upotrebom polipropilena i ili 40mas.% disperzije dugih vlakana (RTP 80107 od RTP Company) ili 30mas.% disperzije dugih vlakana (RTP 80105 od RTP Company) ili 20mas.% disperzije dugih vlakana (RTP 80103 od RTP Company). Jedan zatezni član (kao što je opisano u primeru 1) ugrađen je unutar svakog rebrastog elementa.

Komparativni primeri nisu uključivali zatezni član.

Rezultati

[0056] U sledećoj Tabeli 2 dati su rezultati testa na savijanje (test savijanja sa opterećenjem u tri tačke na 15" raspona).

Tabela 2

1

[0057] Gornji rezultati prikazuju da je kontinualni vlaknasti snop ili zatezni član povećao otpornost na savijanje kompozitnog člana dva do tri puta bez dodavanja kompozitnom članu.

[0058] Dalje, kompozitni proizvodi (sa zateznim članovima i udarnim članovima) formirani su upotrebom polipropilena i ili 40mas.% disperzije dugih vlakana (RTP 80107 od RTP Company) ili 20mas.% disperzije dugih vlakana (RTP 80103 od RTP Company). Jedan zatezni član (kao što je opisano u primeru 1) ugrađen je unutar svakog rebrastog elementa. Udarni član (4,5 oz/yd staklena vlaknasta mreža na 4 mreže - FibaTape od Saint-Gobain Adfors, Francuska) ugrađen je unutar ravne površine one kao što je prikazano na FIG.1. Komparativni primeri nisu obuhvatali zatezni član.

Rezultati

[0059] Sledeća Tabela 3 prikazuje rezultate provere udarcima (padajuće koplje).

Tabela 3

[0060] Gornji rezultati pokazuju da kontinualni vlaknasti snop ili zatezni član povećava udarnu jačinu kompozitnog člana i pored udarnog člana dodatno povećava udarnu jačinu kompozitnog člana.

[0061] Prema tome, opisani su primeri izvođenja KOMPOZITNOG KONSTRUKCIJSKOG PROIZVODA.

1

Claims

Patentni zahtevi

1. Kompozitni konstrukcijski proizvod (10; 100; 200) koji obuhvata:

polimerno telo (20) koje ima prvu glavnu površinu (22) i suprotnu drugu glavnu površinu (24), pri čemu je pomenuto polimerno telo (20) formirano od termoplastičnog materijala; mnoštvo vlakana koji formiraju disperziju vlakana unutar polimernog tela (20), pri čemu vlakna imaju prosečnu dužinu manju od 15 mm i prosečan prečnik manji od 50 mikrometara; bočno pružajući rebrasti element (26) koji se pruža od druge glavne površine (24) i ima bočnu dužinu i formira deo polimernog tela (20); i

kontinualni vlaknasti element (30) koji se pruža duž i ugrađen je unutar bočne dužine rebrastog elementa (26), pri čemu kontinualni vlaknasti element (30) obuhvata najmanje 1000 paralelnih i zajedno pružajućih kontinualnih vlakana i smolu, gde kontinualni vlaknasti element (30) ima od 50 do 30 mas.% smole.

2. Kompozitni konstrukcijski proizvod (10; 100; 200) prema zahtevu 1, koji obuhvata veći broj paralelno pružajućih rebrastih elemenata (26), gde najmanje odabrani rebrasti elementi (26) obuhvataju kontinualni vlaknasti element (30) koji se pruža duž bočne dužine odabranih rebrastih elemenata (26).

3. Kompozitni konstrukcijski proizvod (10; 100; 200) prema bilo kom od prethodnih zahteva, kod kog disperzija vlakana ima prosečnu dužinu manju od 1 mm.

4. Kompozitni konstrukcijski proizvod (10; 100; 200) prema bilo kom od prethodnih zahteva, kod kog polimerno telo (20) obuhvata 10mas.% do 50mas.% disperzije vlakana.

5. Kompozitni konstrukcijski proizvod (10; 100; 200) prema bilo kom od prethodnih zahteva, kod kog kontinualni vlaknasti element (30) obuhvata najmanje 2500 ili najmanje 5000 ili najmanje 7500 paralelnih i zajedno pružajućih kontinualnih vlakana, pri čemu kontinualni vlaknasti element (30) ima prečnik u opsegu od 250 do 5000 mikrometara.

6. Kompozitni konstrukcijski proizvod (10; 100; 200) prema bilo kom od prethodnih zahteva, kod kog je kontinualni vlaknasti element (30) smešten na zadnjem krajnjem delu člana (26) rebrastog elementa.

7. Kompozitni konstrukcijski proizvod (10; 100; 200) prema bilo kom od prethodnih zahteva, kod kog polimerno telo (20) obuhvata otvoreni mrežasti tkani element (40) ugrađen unutar i koplanaran sa prvom glavnom površinom (22) ili suprotnom drugom glavnom površinom (24), pri čemu je naročito otvoreni mrežasti tkani element (40) susedan i koplanaran sa drugom glavnom površinom (24), a druga glavna površina (24) obuhvata teksturiranu površinu.

8. Kompozitni konstrukcijski proizvod (10; 100; 200) koji obuhvata:

polimerno telo (20) koje ima prvu glavnu površinu (22) i suprotnu drugu glavnu površinu (24), pri čemu je pomenuto polimerno telo (20) formirano od termoplastičnog materijala, a pomenuta druga glavna površina (24) je teksturirana površina;

otvoreni mrežasti tkani element (40) ugrađen unutar i koplanaran sa teksturiranom površinom; bočno pružajući rebrasti element (26) koji se pruža od druge glavne površine (24) i ima bočnu dužinu i formira deo polimernog tela (20); i

9. Kompozitni konstrukcijski proizvod (10; 100; 200) prema zahtevu 8, koji dalje obuhvata mnoštvo vlakana koji formiraju disperziju vlakana unutar polimernog tela (20), kod kog vlakna imaju prosečnu dužinu manju od 15 mm i prosečan prečnik manji od 50 mikrometara, pri čemu polimerno telo (20) obuhvata 10mas.% do 50mas.% disperzije vlakana.

10. Kompozitni konstrukcijski proizvod (10; 100; 200) prema zahtevu 9, kod kog disperzija vlakana ima prosečnu dužinu manju od 1 mm.

11. Kompozitni konstrukcijski proizvod (10; 100; 200) prema bilo kom od zahteva 8 do 10, kod kog polimerno telo (20) obuhvata polipropilen, polietilen, najlon, akrilonitril butadien stiren, stiren akrilonitril, akrilik ili stiren.

12. Kompozitni konstrukcijski proizvod (10; 100; 200) prema bilo kom od zahteva 8 do 10, kod kog polimerno telo (20) obuhvata PBT poliestar, PET poliestar, polioksimetilen, polikarbonat ili polifenilen sulfid.

1

13. Kompozitni konstrukcijski proizvod (10; 100; 200) prema bilo kom od zahteva 8 do 10, kod kog polimerno telo (20) obuhvata polisulfon, polietarsulfon, polietaretarketon ili tečni kristalni polimer.

14. Postupak formiranja kompozitnog konstrukcijskog proizvoda (10; 100; 200) prema bilo kom od prethodnih zahteva, injekcionim brizganjem ili kompresijskim oblikovanjem.

1