DE69404283T2

DE69404283T2 - Formpressen von kunststoffgegenständen

Info

Publication number: DE69404283T2
Application number: DE69404283T
Authority: DE
Inventors: John Chesna; Wayne Gentile; Subhotosh Khan; William Krueger
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1993-01-28
Filing date: 1994-01-26
Publication date: 1998-01-08
Anticipated expiration: 2014-01-27
Also published as: WO1994016870A1; EP0682592B1; KR960700137A; EP0682592A1; JPH08505822A; DE69404283D1; CA2154002A1; CA2154002C; US5427731A; KR100221177B1; AU6123094A; JP3404746B2; ES2104355T3; BR9405699A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft Formpreßteile und betrifft insbesondere ein Verfahren zum Formpressen solcher Formteile durch gerichtete Kühlung des zu formenden Materials.
Bei gewöhnlichen Formungsvorgängen ist ein relativ standardmäßiger Zyklus vorhanden. In der Anlage wird bis zum Schmelzen erhitzt, zur Form gepreßt und dann abgekühlt, häufig in einem gemächlichen Tempo. Da die Abkühlung an der Oberfläche erfolgt, treten dort die Erstarrung und die Kristallisation zuerst ein, während die Masse des Matrixharzes noch flüssig ist. Wenn die Abkühlung weitergeht, bewegt sich die Front der Kristallisation nach innen, und gleichzeitig erfolgt eine Schrumpfung. Dadurch werden in Kombination mit der Verformung an der Grenzfläche große Spannungen auf das bereits kristallisierte Material aufgebracht. Bei kristallinen Polymeren mit hoher Dehnung kann die Spannung aufgenommen werden. Bei kristallinen Polymeren, die niedrige Reißdehnungen aufweisen, können dadurch Spannungen aufgebracht werden, die zu Brüchen (zur Rißbildung) oder zu einem Zustand führen, in dem relativ kleine zusätzliche Dehnungen zum Bruch führen können. Die Wirkungen können bei dicken Querschnitten ziemlich beträchtlich sein und sich als verminderte Festigkeit und Zähigkeit manifestieren.
Nairn und Zoller erläuterten die Auswirkungen der Matrixkristallisation in Verbundstoffen (JJA Nairn and P. Zoller, V. International Conference on Composite Materials ICCMV and J. Matl. Science, 1985 (20)). Die Analyse konzentrierte sich auf die größen Abmessungsveränderungen, die beim Abkühlen von halbkristallinen Matrices von Hochtemperaturschmelzen auf Zimmertemperatur und die damit einhergehenden Verformungen, die durch die Schrumpfung und die Einspannung der Verstärkungsfasern auferlegt werden. Nairn maß die Verformung optisch an einem amorphen Matrixharz, wo die Verzögerung an der Grenzfläche der Fasermatrix verfolgt werden konnte, und die Ergebnisse deuteten auf die Entstehung von sehr starken Spannungen an den Grenzflächen hin.
Es wurde geschlußfolgert, daß thermoplastische Materialien mit einem großen Temperaturunterschied zwischen Formungstemperatur und Zimmertemperatur eine sehr starke innere Verformung aufweisen. Wird die Kristallisation der Matrix in einem Zyklus aus Erhitzung, Kristallisation und Abkühlung überlagert, können die sich ergebenden Verformungsgrade über denen liegen, die die Matrix aushalten kann, und zum tatsächlichen Bruch der Probe führen. Es ist eindeutigerweise wichtig, die Auswirkungen der Verformung auf den von Zoller und Nairn erläuterten Temperaturzyklus zu minimieren.
Eine Methode, um die Auswirkungen der Verformung auf den Temperaturzyklus von Polymeren zu minimieren, ist offenbart in dem USA-Patent 5,032,339, worin Wärme und Druck auf ein faserverstärktes thermoplastisches Material einwirken, um ein Formteil zu formen, das Formteil dann einem vorbestimmten Akühlungszyklus unterworfen wird, durch den die Lage von Hohlräumen in dem Formteil zentralisiert wird.
In US 2,911,678 wird eine Vorrichtung zum Formen von festen, hohlraumfreien Gegenständen aus thermoplastischem Harz offenbart, umfassend als Kombination einen Formungsbehälter, eine Einrichtung zum Einbringen von Harz in den Behälter zwecks Herstellung eines vorbestimmten Flüssigkeitsspiegels darin, eine Unterdruckeinrichtung zum Absaugen von Dämpfen aus dem Formungsbehälter, die operativ mit demselben oberhalb des vorbestimmten Flüssigkeitsspiegels verbunden ist, eine Einrichtung, die operativ mit dem Formungsbehälter verbunden ist und für eine veränderliche Beheizung und Abkühlung durch gesonderte Abschnitte der Wände des Behälters hindurch sorgen kann, und eine Kolbeneinrichtung, die durchlässig ist für Dämpfe, jedoch undurchlässig für Flüssigkeiten, um das in den Behälter eingebrachte Harz zu komprimieren.

Zusammenfassung der Erfindung

Das Verfahren gemäß dieser Erfindung betrifft die Herstellung eines Formteils aus faserverstärktem thermoplastischem Harzmaterial, indem das Formteil im Hohlraum einer Form ausgebildet wird, die so geformt ist, daß sie dem Formteil entspricht, worin die Faser einen höheren Schmelzpunkt besitzt als das Harz. Die Form besitzt eine Mehrzahl von Zonen, die von einem Ende der Form zu dem anderenangeordnet, z.B. von oben nach unten, einzeln beheizt werden können, sowie eine Einrichtung zum Aufbringen von Druck von dem einen Ende der Form aus, z. B. von oben, auf das Material in der Form. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte: Füllen des Hohlraums der Form mit dem faserverstärkten thermoplastischen Harzmaterial; Heizen von jeder der Zonen auf eine erste Temperatur, die hoch genug ist, um das thermoplastische Harz zu schmelzen, jedoch nicht hoch genug, um das Harz abzubauen; Verdichten des Materials in der Form durch Aufbringen eines ersten vorbestimmten Drucks darauf; Verringern des ersten vorbestimmten Drucks in der Form auf einen zweiten vorbestimmten Druck und dabei Aufrechterhalten der ersten Temperatur in jeder der Zonen für einen vorbestimmten Zeitraum; anschließend Stoppen des Heizvorgangs in jeder der Zonen und dabei Erhöhen des zweiten vorbestimmten Drucks auf den ersten vorbestimmten Druck, um das Harz in jeder der Zonen erstarren zu lassen; und Entnehmen des Formteils aus der Form. Die erste Temperatur in jeder der Zonen kann nacheinander vom Unterteil zum Oberteil der Form auf eine zweite Temperatur verringert werden, die um etwa 20 ºF bis etwa 180 ºF (10 ºC bis etwa 100 ºC) nacheinander vom Unterteil zum Oberteil in jeder der Zonen unter der Schmelztemperatur des Harzes liegt; und das Formteil wird aus der Form entnomen. Die zweite Temperatur kann zustandegebracht werden, indem der Heizvorgang in jeder Zone gestoppt wird, wenn die Temperatur in der vorhergehenden Zone die zweite Temperatur erreicht hat. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Harz ein Fluorpolymerharz, und die Faser ist eine Kohlenstoffaser.
Ein anderes Verfahren umfaßt das Füllen des Hohlraums der Form mit thermoplastischem Harzmaterial oder faserverstärktem Harzmaterial, das anschließende Beheizen der Form, um das Harz zu schmelzen, und das Aufbringen eines ersten Drucks auf die Form, um die eingeschlossene Luft auszutreiben und eine Verdichtung des Harzmaterials zu erzwingen. Wenn die Verarbeitungstemperatur (10 bis 100 ºC über dem Schmelzpunkt des Harzes) erreicht ist, wird der Druck in der Form auf das für die Presse vorhandene Mindestmaß verringert (d.h. auf einen zweiten Druck), und dieser Temperatur- und Druckzustand wird aufrechterhalten, bis das thermische Gleichgewicht erreicht ist. Dann wird der Druck auf den ersten Druck umgestellt, und das Heizen der Form wird gestoppt, und die Form wird unter dem ersten Druck abgekühlt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische, zum Teil im Schnitt ausgeführte Ansicht einer Form, die gemäß dem Verfahren in dieser Erfindung konstruiert und so angeordnet ist, daß ein Verbundstoffteil darin geformt werden kann.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Bei der zum Zwecke der Veranschaulichung gewählten Ausführungsform ist eine hohle zylindrische Form 10 an ihrem Bodenteil durch eine Basis 12 und an ihrem Oberteil durch einen Kolben 14 verschlossen, der in die zylindrische Form 10 eingepaßt ist, um einen Druck auf eine Charge von faserverstärktem thermoplastischem Harzmaterial 16 auszuüben, das in dem Hohlraum der Form enthalten ist. Um den Umfang der Form 10 herum und jeweils angrenzend aneinander positioniert von oben nach unten in der Form sind elektrische Heizbänder 20, 22, 24, 26 und 28 gewickelt. Jedes Heizband um gibt zugehörige Heizzonen 20a, 22a, 24a, 26a und 28a an der Form.
Die Basis 12 enthält zwei Heizpatronen 32, 34, die die Heizzone 30a der Basis mit Wärme versorgen. Die Basis ist auch mit Kühlkanälen versehen, durch die ein Kühlfluid vom Einlaß 34 zu den Kanälen und von den Kanälen in der Basis zu dem Auslaß 36 zirkulieren kann. Jedes Heizband wird gesteuert durch zugehörige Regler (20b, 22b, 24b, 26b, 28b), die jeweils einen Eingang von einem Thermoelement (T.C.) aufweisen. Die Heizpatronen an der Basis werden gesteuert von einem Regler 38, der einen Eingang von einem Thermoelement (T.C.) in der Basis aufweist.
In der Form ist ein Thermoelement (TC) angeordnet, um die Temperatur des Materials 16 in dem Hohlraum der Form in jeder Heizzone und an der Basis abzufühlen.
In Betrieb wird eine Charge von faserverstärktem thermoplastischem Harzmaterial 16 in den Hohlraum der Form 10 eingebracht. Jedes Heizband 20 bis 28 ist verbunden mit einer Stromquelle (nicht dargestellt), und das Material 16 in der Form wird auf eine erste Temperatur gebracht, die die Schmelztemperatur des thermoplastischen Harzes ist. Auf das Material 16 in dem Hohlraum der Form wird Druck durch den Kolben 14 aufgebracht während des Zeitraums, in dem das Harz geschmolzen wird. Nach einer Periode des Ausgleichs erfolgt eine gerichtete Abkühlung des Materials vom Bodenteil der Form zum Oberteil der Form, indem der Strom zu dem jede Zone speisenden Heizelement abgeschaltet oder vermindert wird und die Temperatur an der Grenzfläche zwischen den Zonen auf die zweite Temperatur von etwa 20 ºF (7 ºC) bis etwa 180 ºF (82ºC) unter der Schmelztemperatur des Harzes gebracht werden kann, die ausreicht, um das Harz erstarren zu lassen, und dann das Heizelement in jeder Zone in der gleichen Weise so abgeschaltet oder reguliert wird, daß das gleiche Ergebnis nacheinander vom Unterteil zum Oberteil der Form für jede Zone zustandekommt, während der Druck auf das Material in der Form aufrechterhalten wird.
Die zum Zwecke der Veranschaulichung gewählte Form ist zwar in aufrechter Position dargestellt, es versteht sich jedoch, daß die Form 10 auf die Seite gelegt werden könnte und der durch den Kolben 14 ausgeübte Druck von einem Ende zum anderen aufgebracht werden könnte und die gerichtete Abkühlung von dem Ende aus stattfinden würde, das entgegengesetzt dem Ende liegt, auf das der Druck ausgeübt wird.

Beispiel 1

Es wurde eine Mischung von 20 % (Gew.-%) Kohlenstoffasern von 1/4" (6 mm) Länge und von Fluorpolymerpellets (Teflon PFA von DuPont) verwendet, um ein vorimpragniertes Material herzustellen.
Diese vorimprägnierten Materialien wurden zu quadratischen Stücken von 3' x 3' (90 cm x 90 cm) zerschnitten. Acht Schichten dieser Stücke wurden in abwechselnden Richtungen (Lauf- und Querrichtung) gelegt und 20 Minuten lang mit einer Presse bei 650 ºF (343 ºC) und einem Druck von 350 psi (2500 kPa) zu Folien mit einer Dicke von 0,100" (2,5 mm) verdichtet. Aus diesen Folien wurden runde Scheiben mit einem Durchmesser von 1,480" (37,5 mm) ausgeschnitten und in eine Form eingelegt.
Der Hauptteil der Form ist ein gerader kreisförmiger Hohlzylinder mit einem Innendurchmesser von 1,500" (38,1 mm), einem Außendurchmesser von 3" (76 mm) und einer Länge von 10" (25 cm). Bevorzugtes Konstruktionsmaterial für die Form ist ein AISI-Werkzeugstahl des Typs H13. Der Zylinder wird mittels einer verstifteten Bundanordnung an der Auskehlung einer 1" (25 mm) dicken quadratischen Metallplatte (Grundplatte) (20 cm x 20 cm) befestigt.
In der Grundplatte befinden sich zwei stabförmige Heizpatronen (Watlow Cartridge #18A60-NC14, V-240, W-1000), wobei ein Thermoelement (ThermoElectric P/N JJ1BU-304-00-12-0-0 L) mittig zwischen diesen Heizelementen angeordnet ist. Entlang der Länge des Zylinders wurden drei Heizbänder (Watlow Thinband #STB2N2J2-C14, V-240, W-650) mit Thermoelementen positioniert. In dieser Form hatten wir vier "Wärmebehandlungsabschnitte". Nunmehr wurde diese Anordnung oben auf einen Pressentisch gelegt. Die Presse (Enerpac, Modell #RR-1010 und PEM3405D) kann bis zu 10 000 psi (70 MPa) Anlagendruck unter gesteuerten Bedingungen erzeugen. Die Heizelemente und die Thermoelemente aus jedem Abschnitt wurden mit ihren zugehörigen Reglern (Microstar, Modell #828-D00-101-101-120-66) verbunden.
Entsprechend der üblichen Praxis wurde die Form mit einem Entformungsmittel beschichtet. Zuerst wurde ein rundes Stück Folie aus Kapton (von DuPont) in den Hohlraum der Form eingelegt. Dann wurden genug Scheiben (400 ± 5 g) zur Herstellung eines 6" (15 cm) langen Stabes in den Hohlraum der Form eingelegt (wobei darauf geachtet wurde, daß alle Plättchen flach lagen). Oben auf die letzte Scheibe wurde ein rundes Stück der Kapton - Folie gelegt. Das Oberteil der Form wurde durch den Kolben verschlossen.
Es wurden alle Heizelemente gleichzeitig eingeschaltet. Der Sollwert an allen Reglern lag bei 660 ºF (349 ºC). Die Form wurde mit einem Druck von 3200 psi (22 MPa) beaufschlagt. Die Aufheizzeit betrug 30 Minuten. Das Material und die Form wurden 30 Minuten lang auf dieser Temperatur und diesem Druck gehalten, um ein thermisches Gleichgewicht herzustellen.
Während des Abkühlens wurde der zur Basis fließende Strom (mit Hilfe des Reglers) vermindert, so daß diese um 5 ºF pro Minute (2,8 ºC pro Minute) abzukühlen begann, während in anderen Heizzonen 660 ºF (349 ºC) aufrechterhalten wurden. Nach 32 Minutenbetrug die Temperatur der Basis 500 ºF (260 ºC). Zu diesem Zeitpunkt wurde der Strom für die Zone angrenzend an die Basis so vermindert, daß dieserabschnitt um 5 ºF pro Minute (2,8 ºC pro minute) abkühlte. Auf diese Weise kühlten die Basis und die erste angrenzende Zone um 5 ºF pro Minute (2,8 ºC pro Minute) ab, wohingegen in den nachfolgenden Zonen 660 ºF (349 ºC) aufrechterhalten wurden. Nach weiteren 32 Minuten wurde die Energiezufuhr zu der zweiten Zone angrenzend an die Basis so vermindert, daß diese mit einer Geschwindigkeit von 5 ºF pro Minute (2,8 ºC pro Minute) abkühlte. Als dieser Abschnitt nach 32 Minuten auf 500 ºF (260 ºC) abgekühlt war, wurde der gesamte Strom zu der Form abgeschaltet. Es wurden Werte für weitere 20 Minuten registriert, als die durchschnittliche Temperatur der Form auf 250 ºF (121 ºC) abgesunken war. Als die Form eine Temperatur von 90 ºF (32 ºC) angenommen hatte, wurde der Stab aus Verbundstoff aus der Form hinausgeschoben.
Dann wurde der Stab visuell auf Stabilität und Dichte geprüft. Die Teststäbe wurden an der vertikalen Achse entlang in zwei Teile zerschnitten. Die Schnittflächen wurden mit Hilfe eines Standardverfahrens der Lichtmikroskopie poliert. Bei der Untersuchung bei 25-facher Vergrößerung mit Hilfe eines Lichtmikroskops wurden keine Risse oder Hohlräume sichtbar.

Beispiel 2

Es wurde das gleiche Material wie in Beispiel 1 benutzt, nur daß runde Scheiben mit einem Durchmesser von 8,02 Zoll (204 mm) aus diesen Folien ausgeschnitten wurden.
Der Hauptteil der Form ist ein gerader kreisförmiger Hohlzylinder mit einem Innendurchmesser von 8,225" (209 mm), einem Außendurchmesser von 9,5" (24 cm) und einer Länge von 10" (25 cm). Bevorzugtes Konstruktionsmaterial für die Form ist ein AISI-Werkzeugstahl des Typs H13. Der Zylinder wird mittels eines geschweißten Flansches und einer Schraube an der Auskehlung einer 1,5" (38 mm) dicken rundenmetallplatte (Grundplatte) von305 mm Durchmesser befestigt.
In der Grundplatte befinden sich vier stabförmige Heizpatronen (Watlow Cartridge #J8A60-NC14, V-240, W-1000), wobei ein Thermoelement mittig zwischen diesen Heizelementen angeordnet ist. Außerdem befinden sich Kühlkanäle in der Grundplatte, durch die Luft und/oder Wasser hindurchgepreßt werden kann, um die Platte schneller abzukühlen. Entlang der Länge des Zylinders wurden vier Heizbänder (Watlow Thinband C/N STB9J-2A1-C14, V-240, W-1800) mit Thermoelementen positioniert. Ein weiteres Heizband wurde an dem Einfahrteil des Werkzeugs (vom Kolben an der Presse befestigt) angeordnet. In dieser Form befanden sich sechs "Wärmebehandlungsabschnitte". Nunmehr wurde diese Anordnung oben auf einen Pressentisch gelegt. Die Presse (P-H, Hydraulisches Modell #4C-300T) kann bis zu 300 t (2,7 x 10&sup6; NT) Belastung unter gesteuerten Bedingungen erzeugen. Die Heizelemente und die Thermoelemente aus jedem Abschnitt wurden mit ihren zugehörigen Reglern (Microstar, Modell #828-C00-101-101- 120-66) verbunden.
Entsprechend der üblichen Praxis wurde die Form mit einem Entformungsmittel beschichtet. Zuerst wurde ein rundes Stück Folie aus Kapton (von DuPont) in den Hohlraum der Form eingelegt. Dann wurden genug Scheiben (7100 g) zur Herstellung einer 4" (10 cm) langen Scheibe in den Hohlraum der Form eingelegt. Oben auf die letzte cheibe wurde ein rundes Stück der Kapton - Folie gelegt. Das Oberteil der Form wurde durch das Einfahrteil des Werkzeugs verschlossen.
Es wurden alle Heizelemente gleichzeitig eingeschaltet. Der Sollwert an allen Reglern lag bei 350 ºC (662 ºF). Die Form wurde mit einem Druck von 5000 psi (22 MPa) beaufschlagt. Die Aufheizzeit betrug eine Stunde. Als die durchschnittliche Temperatur der Formbei 310 ºC (590 ºF) angelangt war, verminderten wir den Druck auf 2000 psi (14 MPa). Wir hielten das Material und die Form zwei Stunden lang auf dieser Temperatur, um ein thermisches Gleichgewicht herzustellen. Nach diesem Zeitpunkt wurde der Druck wieder auf 5000 psi (22 Mpa) erhöht.
Während des Abkühlens wurde der zur Basis fließende Strom vermindert und wurde Luft durch die Kühlkanäle in der Grundplatte gepreßt. Als die Temperatur im Abschnitt lauf 260 ºC (500 ºF) gesunken war, wurde der Strom für die erste Zone angrenzend an die Basis abgeschaltet. Auf diese Weise wurde die Basis mit Luft zwangsgekühlt, und die erste Zone angrenzend an die Basis kühlte auf Zimmertemperatur ab, wohingegen in der zweiten und der dritten Zone angrenzend an die Basis 350 ºC (662 ºF) aufrechterhalten wurden. Als die Temperatur der ersten Zone angrenzend an die Basis bei 260 ºC (500 ºF) angelangt war, wurde der Strom von der zweiten Zone angrenzend an die Basis abgetrennt. Als sich die Temperatur der Basis nahe an 200ºC (392ºF) lag, wurde Leitungswasser durch die Kanäle in der Basis zirkuliert, um die Kühlung von unten her zu verstärken. Als diese zweite Zone bei 260 ºC (500 ºF) angelangt war, wurde der Strom von der dritten Zone angrenzend an die Basis abge trennt. Als die Temperatur der dritten Zone bei 260 ºC (500 ºF) angelangt war, begann sich die vierte Zone angrenzend an die Basis auf Zimmertemperatur abzukühlen. Als die Form eine Temperatur von 30 ºC (86 ºF) angenommen hatte, wurde die Scheibe aus Verbundstoff aus der Form hinausgeschoben.
Dann wurde der Stab visuell auf Stabilität und Dichte geprüft. Die Testscheiben wurden an der vertikalen Achse entlang in zwei Teile zerschnitten. Die Schnittflächen wurden mit Hilfe eines Standardverfahrens der Lichtmikroskopie poliert. Bei der Untersuchung bei 25-facher Vergrößerung mit Hilfe eines Lichtmikroskops wurden keine Risse oder Hohlräume sichtbar.
Die theoretische Dichte dieser Scheiben betrug 2,07 g/cm³. Bei Anwendung des ASTM-Verfahrens D792 wurde festgestellt, daß die Dichte des Probestücks 2,065 g/cm³ betrug. Dieser Wert lag innerhalb des erwarteten Fehler- und Variationsbereiches fur einen fehlerfreien Verbundstoff.

Beispiel 3

Es wurde eine Mischung von 36 % (Gew.-%) Kohlenstoffasern (von 1/4" Länge) und von Pellets aus Polyetherketonketon (PEKK) verwendet, um ein vorimprägniertes Material herzustellen.
Diese vorimprägnierten Materialien wurden zu quadratischen Stücken von 3' x 3' (90 cm x 90 cm) zerschnitten. Acht Schichten dieser Stücke wurden in abwechselnden Richtungen (Lauf- und Querrichtung) gelegt und 20 Minuten lang mit einer Presse bei 650 ºF (343 ºC) und einem Druck von 350 psi (2500 KPa) zu Folien mit einer Dicke von 0,100" (2,5 mm) verdichtet. Aus diesen Folien wurden runde Scheiben mit einem Durchmesser von 1,480" (37,5 mm) ausgeschnitten.
Der Hauptteil der Form ist ein gerader kreisförmiger Hohlzylinder mit einem Innendurchmesser von 1,500" (38,1 mm), einem Außendurchmesser von 3" (76 mm) und einer Länge von 10" (25 cm). Bevorzugtes Konstruktionsmaterial für die Form ist ein AISI-Werkzeugstahl des Typs H13. Der Zylinder wird mittels einer verstifteten Bundanordnung an der Auskehlung einer 1" (25 mm) dicken quadratischen Metallplatte (Grundplatte) (20 cm x 20 cm) befestigt.
In der Grundplatte befinden sich zwei stabförmige Heizpatronen (Watlow Cartridge #J8A60-NC14, V-240, W-1000), wobei ein Thermoelement (ThermoElectric P/N JJ18U-304-00-12-0-0 L) mittig zwischen diesen Heizelementen angeordnet ist. Entlang der Länge des Zylinders wurden drei Heizbänder (Watlow Thinband #STB2N2J2-C14, V-240, W-650) mit Thermoelementen positioniert. In dieser Form hatten wir vier "Wärmebehandlungsabschnitte". Nunmehr wurde diese Anordnung oben auf einen Pressentisch gelegt. Die Presse (Enerpac, Modell#RR- 1010 und PEM3405D) kann bis zu 10 000 psi (70 MPa) Anlagendruck unter gesteuerten Bedingungen erzeugen. Die Heizelemente und die Thermoelemente aus jedem Abschnitt wurden mit ihren zugehörigen Reglern (Microstar, Modell #828-D00-101-120-66) verbunden.
Entsprechend der üblichen Praxis wurde die Form mit einem Entformungsmittel beschichtet. Zuerst wurde ein rundes Stück Folie aus Kapton in den Hohlraum der Form eingelegt. Dann wurden genug Scheiben (250 ± 5 g zum Füllen des Hohlraums der Form) in den Hohlraum der Form eingelegt (wobei darauf geachtet wurde, daß alle Plättchen flach lagen). Oben auf die letzte Scheibe wurde ein rundes Stück der Kapton - Folie gelegt. Das Oberteil der Form wurde durch den Kolben verschlossen.
Es wurden alle Heizelemente gleichzeitig eingeschaltet. Der Sollwert an allen Reglern lag bei 670 ºF (355 ºC). Die Form wurde mit einem Druck von 3200 psi (22 MPa) beaufschlagt. Die Aufheizzeit betrug 30 Minuten. Wir hielten das Material und die Form 30 Minuten lang auf dieser Temperatur und diesem Druck, um ein thermisches Gleichgewicht herzustellen.
Während des Abkühlens wurde der zum Abschnitt I fließende Strom abgeschaltet. Als die Temperatur in Abschnitt I auf 260 ºC (500 ºF) gesunken war, schalteten wirden Strom für Abschnitt II ab. Auf diese Weise wurden Abschnitt I und Abschnitt II auf Zimmertemperatur abgekühlt, wohingegen in den Abschnitten III und IV in der zweiten und der dritten Zone 350 ºC (670 ºF) aufrechterhalten wurden. Als die Temperatur von Abschnitt II bei 260 ºC (500 ºF) angelangt war, trennten wir den Strom von dem Abschnitt III ab. Als dieser Bereich III bei 260 ºC (500 ºF) angelangt war, wurde der Strom von Bereich IV abgetrennt. Als die Form bei einer Temperatur von 30 ºC (86 ºF) angelangt war, wurde die Scheibe aus Verbundstoff aus der Form hinausgeschoben.
Dann wurde der Stab visuell auf Stabilität und Dichte geprüft. Die Teststäbe wurden an der vertikalen Achse entlang in zwei Teile zerschnitten. Die Schnittflächen wurden mit Hilfe eines Standardverfahrens der Lichtmikroskopie poliert. Bei der Untersuchung bei 25-facher Vergrößerung wurden keine Risse oder Hohlräume sichtbar.
Die theoretische Dichte dieser Stäbe betrug 1,45 g/cm³. Bei Anwendung des ASTM-Verfahrens D792 wurde festgestellt, daß die Dichte des Probestücks 1,41 g/cm³ betrug. Dieser Wert lag innerhalb des erwarteten Fehler- und Variationsbereiches für einen fehlerfreien Verbundstoff.

Beispiel 4

Es wurde Fluorpolymerharz (Teflon PFA von DuPont), das in Form von annähernd 0,09" dicken Folien zur Verfügung stand, zu Scheiben von 1 15/32" (37,3 mm) Durchmesser umgewandelt. Der Formzylinderförmige ist ähnlich wie der in Beispiel 1 beschriebene, mit den folgenden Ausnahmen.
Der Hauptteil der Form ist ein gerader kreisförmiger Hohlzy linder mit einem Innendurchmesser von 1,500" (38,1 mm), einemaußendurchmesser von 3" (76 mm) und einer Länge von 10" (25 cm). Die Formen wurden aus AISI-Werkzeugstahl des Typs A2 konstruiert, dessen Oberfläche chromiert wurde. Der Zylinder wird gemäß der Beschreibung in Beispiel 1 an der Grundplatte befestigt.
In der Grundplatte befinden sich zwei stabförmige Heizpatronen (Watlow Cartridge #J8AX636B, V-240, W-1500), wobei ein Thermoelement (Thermoelectric #JJ 18 U-304-00-12-0-0-1) mittig zwischen diesen Hei zelementen angeordnet ist. Entlang der Länge des Zylinders wurden drei Heizbänder (Watlow #MB2N2JE1A, V-208, W-650) mit Thermoelementen positioniert. Diese Anordnungen von Heizelementen bildete vier "Wärmebehandlungs zonen". Der Druck wurde gemäß der Beschreibung in Beispiel 1 aufgebracht.
Entsprechend der üblichen Praxis wurde die Form mit einem Entformungsmittel beschichtet. Es wurden nominell 400 g der Harzscheiben in den Formzylinder eingebracht. Es wurde keine Kapton -Folie verwendet. Das Oberteil der Form wurde durch den Kolben verschlos sen.
Es wurden alle Hei zelemente gleichzeitig in Funktion gesetzt. Der Sollwert für die Temperaturregler lag bei 658 ºF (348 ºC). Die Form wurde zu Anfang mit einem Druck von 800 psi (5,5 MPa) beaufschlagt. Die Aufheizzeit betrug 30 Minuten. Zu diesem Zeitpunkt wurde der Druck auf 3 200 psi (22 MPa) erhöht. Das Material und die Form wurden 60 Minuten auf 658 ºF (348 ºC) und auf 3 200 psi (22 MPa) gehalten, um ein thermisches Gleichgewicht herzustellen.
Während des Abkühlens wurde der zur Basis fließende Strom (mit Hilfe des Reglers) durch einen rampenförmigen Kühl zyklus vermindert, so daß diese um 5 ºF pro Minute (2,8 ºC pro Minute) abzukühlen begann, während in den anderen Heizzonen 658 ºF (348 ºC) aufrechterhalten wurden. Nach 30 Minuten betrug die Temperatur der Basis 500 ºF (260 ºC). Zu diesem Zeitpunkt wurde begonnen, den Strom für die Zone angrenzend an die Basis rampenförmig so zu vermindern, daß dieser Abschnitt um 5 ºF pro Minute (2,8 ºC pro Minute) abkühlte. Auf diese Weise kühlten die Basis und die erste angrenzende Zone um 5 ºF pro Minute (2,8 ºC pro Minute) ab, wohingegen in den übrigen Zonen 658 ºF (348 ºC) aufrechterhalten wurden. Nach einer weiteren 30 Minuten dauernden Energiezufuhr zu der zweiten Zone angrenzend an die Basis begann diese rampenförmig mit 5 ºF pro Minute (2,8 ºC pro Minute) abzukühlen. Als diese Zone auf 500ºC abgekühlt war, begann die dritte Zone angrenzend an die Grundplatte in einem rampenförmigen Zyklus abzukühlen und kühlte mit 5 ºF pro Minute (2,8 ºC pro Minute) ab. Bei allen vier Wärmebehandlungszonenwurdeweiter rampenformig abgekühlt, bis 150 ºF (65 ºC) erreicht waren. Zu diesem Zeitpunkt wurde der Stab aus Verbundstoff aus der Form hinausgeschoben.
Dann wurde der Stab visuell auf Stabilität und Dichte geprüft. Der Stab wurde mit einem Röntgenverfahren mit Hilfe eines Films NDT 55 von DuPont bei 100 kV und einer Belichtungszeit von 1,0 ma bei - 13 -140 Aufnahmen untersucht. Es wurden keine Risse oder Hohlräume sichtbar.

Beispiel 5

Es wurde das gleiche Material wie in Beispiel 3 verwendet. Alle Bestandteile der Form waren identisch mit der von Beispiel 3.
Während des Abkühlens wurde der Strom zu der Grundplatte und den drei Heizbändern abgeschaltet, nachdem 60 Minuten lang 658 ºF (348 ºC) und 3 200 psi (22 MPa) aufrechterhalten worden waren. Die Formanordnung konnte durch direkte Konvektion und Ableitung auf Raumluft abkühlen. Während des Abkühlens wurde ein Druck von 3200 psi aufrechterhalten.
Dann wurde der Stab visuell auf Stabilität und Dichte geprüft. Der Stab wurde mit einem Röntgenverfahren wie in Beispiel 4 untersucht. Beim Betrachten des Films wurden axial angeordnete Risse an der Mittellinie in dem Material sichtbar.

Beispiel 6

Es wurde ein Stab mit 2,25" (57 mm) Durchmesser und mit einer Nennlänge von 6" (152 mm), bestehend aus Fluorpolymerharz und Kohlenstoffaser gemäß der Beschreibung durch Mansure in dem USA-Patent Nr.4,163,742 ohne Wärmebehandlung geformt und wies, wie bei der Röntgenuntersuchung festgestellt wurde, radial angeordnete Risse über die gesamte Länge des Stabes auf. Anschließend wurde der Stab in seinem Außendurchmesser maschinell auf 1,4375" (36,5 mm) vermindert. Durch diese Größe konnte er leicht in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise in den Formzylinder eingebracht werden.
Die aus dem maschinell bearbeiteten Stab bestehende Formcharge wurde in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise bearbeitet, wobei zur Kühlung die mehrzonige Wärmebehandlung angewandt wurde.
Dann wurde der Stab visuell auf Stabilität und Dichte geprüft. Der Stab wurde mit einem Röntgenverfahren untersucht. Es wurden keine Risse oder Hohlräume sichtbar.

Beispiel 7

Es wurde eine Mischung von 20 % (Gew.-%) Kohlenstoffasern von 1/4" Länge und von Fluorpolymerpellets (Teflon PFA von DuPont) verwendet, umeinvorimprägniertes Material herzustellen. Diese vorimprägnierten Materialien wurden zu quadratischen Stücken von 3' x 3' (90 cm x 90 cm) zerschnitten. Acht Schichten dieser Stücke wurden in abwechselnden Richtungen (Lauf- und Querrichtung) gelegt und 20 Minuten lang mit einer Presse bei 650 ºF (343 ºC) und einem Druck von 350 psi (2500 KPa) zu Folien mit einer Dicke von 0,100" (2,5 mm) verdichtet. Aus diesen Folien wurden runde Scheiben mit einem Durchmesser von 1,480" (37,5 mm) ausgeschnitten und in eine Form eingelegt.
Der Hauptteil der Form ist ein gerader kreisförmiger Hohlzylinder mit einem Innendurchmesser von 1,500" (38,1 mm), einemau ßendurchmesser von 3" (76 mm) und einer Länge von 10" (25 cm). Bevorzugtes Konstruktionsmaterial für die Form ist ein AISI-Werkzeugstahl des Typs H13. Der Zylinder wird mittels einer verstifteten Bundanordnung an der Auskehlung einer 1" (25 mm) dicken quadratischen Metallplatte (Grundplatte) von 20 cmx 20 cm befestigt.
In der Grundplatte befinden sich zwei stabförmige Hei zpatronen (Watlowcartridge #18A60-NCL4, V-240, W-1000), wobei einthermoelement (Thermoelectric P/N JJ18U-304-00-12-0-0 L) mittig zwischen diesen Heizelementen angeordnet ist. Entlang der Länge des Zylinders wurden drei Heizbänder (Watlow Thinband #STB2N2J2-C143, V-240, W-650) mit Thermoelementen positioniert. In dieser Form hatten wir vier "Wärmebehandlungsabschnitte". Nunmehr wurde diese Anordnung oben auf einen Pressentisch gelegt. Die Presse (Enerpac, Modell #RR-1010 und PEM3405D) kann bis zu 10 000 psi (70 MPa) Anlagendruck unter gesteuerten Bedingungen erzeugen. Die Hei zelemente und die Thermoelemente aus jedem Abschnitt wurden mit ihren zugehörigen Reglern (Microstar, Modell #828-D00-101-101-120-66) verbunden.
Entsprechend der üblichen Praxis wurde die Form mit einem Entformungsmit tel bes chichtet. Zuerst wurde ein rundes Stück Folie aus Kapton (von DuPont) in den Hohlraum der Form eingelegt. Dann wurden genug Scheiben (400 ± 5 g) zur Herstellung eines 6" (15 cm) langen Stabes in den Hohlraum der Form eingelegt (wobei darauf geachtet wurde, daß alle Plättchen flach lagen). Oben auf die letzte Scheibe wurde ein rundes Stück der Kapton - Folie gelegt. Das Oberteil der Form wurde durch den Kolben verschlossen.
Es wurden alle Hei zelemente gleichzeitig eingeschaltet. Der Sollwert an allen Reglern lag bei 660 ºF (349 ºC). Die Form wurde mit einem Druck von 9000 psi (63 MPa) beaufschlagt. Die Aufheiz zeit betrug 30 Minuten. Als die durchschnittliche Temperatur der Form 640 ºF (338 ºC) erreicht hatte, wurde der Druck auf 100 psi (690 KPa) (den minimalen stabilen Druck) verringert. Das Material und die Form wurden 30 Minuten lang auf diesem Druck und auf 660 ºF (349 ºC) gehalten, um ein thermisches Gleichgewicht herzustellen.
Während des Abkühlens wurde der Druck auf 9000 psi (62 MPa) erhöht. Der gesamte zu den Hei zbändern und den Hei zpatronen fließende Strom wurde abgeschaltet (Abkühlung auf Zimmertemperatur). Als die durchschnittliche Temperatur der Form auf 400 CF (200 CC) abgesunken war, wurde der Druck auf 100 psi verrringert. Als die Form eine Temperatur von 90 ºF (32 ºC) angenommen hatte, wurde der Stab aus Verbunds toff aus der Form hinausgeschoben.
Dann wurde der Stab visuell auf Stabilität und Dichte (2,07 g/cm³) geprüft. Die Teststäbe wurden an der vertikalen Achse entlang in zwei Teile zerschnitten. Die Schnittflächenwurden mit Hilfe eines Standardverfahrens der Lichtmikroskopie poliert. Bei der Untersuchung bei 25-facher Vergrößerung mit Hilfe eines Lichtmikroskops wurden keine Risse oder Hohlräume sichtbar.

Beispiel 8

Es wurde ein ähnliches Formungsexperiment wie oben mit Ver bundstoffen aus Polyetherketonketonharz (Material in Beispiel 3 beschrieben) ausgeführt. In diesem Falle betrug die theoretische Maximaldichte 1,42 g/cm³, und die tatsächliche Dichte betrug 1,41 g/cm³.

Beispiel 9

Es wurden die gleichen Einrichtungen und das gleiche Material wie in Beispiel 7 benutzt. Hier wurde der Druck während des gesamten Verdichtungsverfahrens (Schmelzen, Verarbeiten und Abkühlen) konstant auf 9 000 psi (62 MPa) gehalten. Die Scheiben konnten nicht verdichtet werden. Nach dem Abkühlen und der Wegnahme des Drucks traten die meisten Scheiben (nicht als Stab) aus der Form heraus.

Beispiel 10

Es wurden die gleichen Einrichtungen und das gleiche Material wie in Beispiel 7 benutzt. Hier betrug der hohe Druck während des Verfestigens 800 psi (anstelle von 9 000 psi). Der geformte Stab war voller Risse. Die scheinbare Dichte des Stabes betrug 1,8 g/cm³, wo die Dichte theoretisch 2,08 g/cm³ betragen sollte. Bei der Untersuchung des Stabs in Radialrichtung waren (mit dem bloßen Auge sichtbare) Makrorisse zu erkennen.

Beispiel 11

Es wurde eine Mischung von 20 % (Gew.-%) Kohlenstoffasern von 1/4" Länge und von Fluorpolymerpellets (Teflon PFA von DuPont) verwendet, um ein vorimprägniertes Material herzustellen. Diese vorimprägnierten Materialien wurden zu quadratischen Stücken von 3' x 3' (90 cm x 90 cm) zerschnitten. Acht Schichten dieser Stücke wurden in abwechselnden Richtungen (Lauf- und Querrichtung) gelegt und 20 Minuten lang mit einer Presse bei 650 ºF (343 ºC) und einem Druck von 350 psi (2500 KPa) zu Folien mit einer Dicke von 0,100" (2,5 mm) verdichtet. Aus diesen Folien wurden runde Scheiben mit einem Durchmesser von 1,480" (37,5 mm) ausgeschnitten und in eine Form eingelegt.
Der Hauptteil der Form ist ein gerader kreisförmiger Hohlzylinder mit einem Innendurchmesser von 1,500" (38,1 mm), einem Außendurchmesser von 3" (76 mm) und einer Länge von 18" (445 mm). Bevorzugtes Konstruktionsmaterial für die Form ist ein AISI-Werkzeugstahl des Typs H13. Der Zylinder wird mittels einer verstifteten Bundanordnung an der Auskehlung einer 1" (25 mm) dicken quadratischen Metallplatte (Grundplatte) von 20 cm x 20 cm befestigt.
In der Grundplatte befinden sich zwei stabförmige Heizpatronen (Watlowcartridge #18A60-NC14, V-240, W-1000), wobei einthermoele ment (Thermoelectric P/N JJ18U-304-00-12-0-0 L) mittig zwischen diesen Hei zelementen angeordnet ist. Entlang der Länge des Zylinders wurden sechs Heizbänder (Watlow Thinband #STB2N2J2-C143, V- 240, W-650) mit Thermoelementen positioniert. In dieser Form hatten wir sieben "Wärmebehandlungsabschnitte". Nunmehr wurde diese Anordnung oben auf einen Pressentisch gelegt. Die Presse (Enerpac, Modell #RR-1010 und PEM3405D) kann bis zu 10 000 psi (70 MPa) Anlagendruck unter gesteuerten Bedingungen erzeugen. Die Heizelemente und die Thermoelemente aus jedem Abschnitt wurden mit ihren zugehörigen Reglern (Microstar, Modell #828-D00-101-101-120-66) verbunden.
Entsprechend der üblichen Praxis wurde die Form mit einem Entformungsmittel beschichtet. Zuerst wurde ein rundes Stück Folie aus Kapton (von DuPont) in den Hohlraum der Form eingelegt. Dann wurden genug Scheiben (800 ± 5 g) zur Herstellung eines 12" (30 cm) langen Stabes in den Hohlraum der Form eingelegt (wobei darauf geachtet wurde, daß alle Plättchen flach lagen). Oben auf die letzte Scheibe wurde ein rundes Stück der Kapton - Folie gelegt. Das Oberteil der Form wurde durch den Kolben verschlossen.
Es wurden alle Heizelemente gleichzeitig eingeschaltet. Der Sollwert an allen Reglern lag bei 660 CF (349 ºC). Die Form wurde mit einem Druck von 9000 psi (63 MPa) beaufschlagt. Die Aufheizzeit betrug 30 Minuten. Als die durchschnittliche Temperatur der Form 640 ºF rreicht hatte, wurde der Druck auf 100 psi (den minimalen stabilen Druck) verringert. Das Material und die Form wurden 30 Minuten lang auf diesem Druck und auf 660 ºF gehalten, um ein thermisches Gleichgewicht herzustellen.
Während des Abkühlens wurde der Druck auf 9 000 psi (62 MPa) erhöht. Die Hei zpatronen am Bodenteil wurden abgeschaltet. Als die Temperatur der Basisplatte auf 500 ºF (260 ºC) abgesunken war, wurden die Heizbänder am Bodenteil abgeschaltet. Nach etwa 30 Minuten, als die Temperatur der Bodenzone der Form 500 ºF (260 ºC) betrug, wurde die nächste Zone abgeschaltet. Als die Temperatur der zweiten Zone auf 500 ºF (260 ºC) abgesunken war, wurde der gesamte Strom zu den Hei zbändern und den Heizpatronen abgeschaltet (Abkühlung auf Zimmertemperatur). Als die Meximaltemperatur der Form auf 400 ºF (200 ºC) abgesunken war, wurde der Druck auf 100 psi (690 KPa) vermindert. Als die Form eine Temperatur von 90 ºF (32 ºC) angenommen hatte, wurde der Stab aus Verbundstoff aus der Form hinausgeschoben.
Dann wurde der Stab visuell auf Stabilität und Dichte (2,07 g/cm³) geprüft. Die Teststäbe wurden an der vertikalen Achse entlang in zwei Teile zerschnitten. Die Schnittflächen wurden mit Hilfe eines Standardverfahrens der Lichtmikroskopie poliert. Bei der Untersuchung bei 25-facher Vergrößerung mit Hilfe eines Lichtmikroskops wurden keine Risse oder Hohlräume sichtbar.

Beispiel 12

Es wurden die gleichen Einrichtungen und das gleiche Material wie in Beispiel 11 benutzt, jedoch wurde das Verfahren von Beispiel 7 angewandt (keine zonenweise Abkühlung). Die Dichte betrug 2,03 g/cm³ (nicht akzeptabel) und war an der Achse des Stabes entlang uneinheitlich. Es waren jedoch keine Risse sichtbar.

Beispiel 13

Es wurde eine Mischung von 20 % (Gew.-%) Kohlenstoffasern von 1/4" (6 mm) Länge und von Fluorpolymerpellets (Teflon PFA von DuPont verwendet, um ein vorimprägniertes Material herzustellen.
Der Hauptteil der Form ist ein 12" x 12" x 14" (30,5 x 30,5 x 35,6 cm) messender (tiefer) rechteckiger Hohlzylinder mit einer Wanddicke von 1,5" (38 mm). Die Heiz- und die Kühlzonen an der Wand der Form werden geschaffen durch abwechselnes Einbetten von Heizpatronen (Watlow Cartridge #J8A60-NC14, V-240, W-1000) und Kühlkanälen in die Wand. Die Heizpatronen werden 2" voneinander angeordnet, und die Kühlkanäle werden mittig zwischen zwei Heizpatronen angeordnet. An jeder Wand sind fünf Heizzonen und vier dazwischen liegende Kühlzonen vorhanden. Die Kühlkanäle auf glegcher Höhe an den vier Wänden sind mit Wasserzuführungs- und Luftzuführungslei tungen verbunden. Der Kolben der Form besteht aus 12" x 12" x 2" (30,5 x 30,5 x 5,1 cm) dickem Blech, das mit einem Stahlrohr von 10" (25,4 cm) Durchmesser verbunden ist, das wiederum mit den Pressenplatten verbunden ist. Mit dem Stahlrohr sind drei Heizbänder (Watlowthinband C/N STB9JA21-C14, V-240, W-1800) verbunden, so daß eine Heizzone entsteht. Die Grundplatte der Form weist vier Heizpatronen auf, die eine Heizzone bilden. Diese wird oben auf eine beheizte Platte gelegt mit einem Kühlkanal, der mit der Luftund der Wasserversorgung verbunden ist. Dadurch besitzt die Form sieben Heizzonen (eine in der Grundplatte, eine im Kolben und fünf in den Wänden der Form) und fünf Zwangskühlzonen (Luft und Wasser). Der Kolben kann sich auf Zimmertemperatur abkühlen.
Entsprechend der üblichen Praxis wurde die Form mit einem Entformungsmittel bes chichtet. Zuerst wurde ein rechteckiges Stück Folie aus Kapton von DuPont in den Hohlraum der Form eingelegt. Dann wurde genug vorimprägniertes Material (15 000 g) zur Herstellung eines 3" (75 mm) dicken Blocks in den Hohlraum der Form einge legt. Oben auf die letzte Scheibe wurde ein rechteckiges Stück der Kapton - Folie gelegt. Das Oberteil der Form wurde durch das Einfahrteil des Werkzeugs verschlossen.
Es wurden alle Heizelemente gleichzeitig eingeschaltet. Der Sollwert an allen Reglern lag bei 250 ºC (482 ºF). Die Form wurde mit einem Druck von 5000 psi (35 MPa) beaufschlagt. Als alle Zonen 200 ºC erreicht hatten, wurden die Sollwerte aller Zonen auf 350 ºC (662 ºF) erhöht. Die Aufheizzeit betrug zwei Stunden. Als die durchschnittliche Temperatur der Form bei 310 ºC (590 ºF) angelangt war, verminderten wir den Druck auf 200 psi (1400 KPa). Wir hielten das Material und die Form zwei Stunden lang auf der Temperatur, um ein thermisches Gleichgewicht herzustellen. Nach diesem Zeitpunkt wurde der Druck wieder auf 5000 psi (35 MPa) erhöht. Während des Abkühlens wurde der zur Basis fließende Strom abgeschaltet und wurde Luft durch die Kühlkanäle in der Grundplatte gepreßt. Nach einer Stunde wurde der Strom aus der ersten Zone angrenzend an die Basis abgeschaltet. Durch den angrenzenden Kühlkanal wurde die Luft eingeschaltet. Nach einer weiteren Stunde wurde die zweite Heizzone (an der Form) abgeschaltet, und durch den angrenzenden Kühlkanal wurde Luft zirkuliert. Sobald jede Kühl zone bei 200 ºC (392 ºF) angelangt war, wurde die durch den Kanal strömende Luft abgeschaltet und wurde Wasser eingeschaltet, um die Kühlung zu verstärken. Diese Verfahrensweise wurde fortgesetzt, bis der Strom von der fünften Heizzone und der Kolben abgeschaltet wurden. Als die Temperatur des Kolbens bei 200 ºC angelangt war, wurde der Druck auf 80 psi verringert. Nachdem die Form eine Temperatur von 30 ºC (86 ºF) angenommen hatte, wurde die Scheibe aus Verbundstoff aus der Form hinausgeschoben.
Dann wurde die Scheibe visuell auf Stabilität und Dichte geprüft. Die Test scheiben wurden an der vertikalen Achse entlang in zwei Teile zerschnitten. Die Schnittflächen wurden mit Hilfe eines Standardverfahrens der Lichtmikroskopie poliert. Bei der Untersuchung bei 25-facher Vergrößerung mit Hilfe eines Lichtmikroskops wurden keine Risse oder Hohlräume sichtbar.
Die theoretische Dichte dieser Scheiben betrug 2,08 g/cm³. Gemäß dem ASTM-Verfahren D792 wurde festgestellt, daß die Dichte 2,065 g/cm³ betrug. Dieser Wert lag innerhalb des erwarteten Feh-1er- und Variationsbereiches für einen fehlerfreien Verbundstoff.

Claims

1. Formpreßverfahren für ein Formteil aus faserverstärktem thermoplastischem Harzmaterial, wobei das Formteil im Hohlraum einer oben offenen Form ausgebildet werden soll, die so geformt ist, daß sie der Form des Formteils entspricht, wobei die Form eine Mehrzahl von Zonen besitzt, die von einem Ende der Form zu dem anderen angeordnet einzeln beheizt werden können, sowie eine Einrichtung zum Aufbringen von Druck von dem einen Ende der Form aus auf das Material in der Form, wobei die Faser einen höheren Schmelzpunkt besitzt als das thermoplastische Harz, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: Füllen des Hohlraums der Form mit dem faserverstärkten Harzmaterial; Heizen jeder der Zonen auf eine erste Temperatur,die hoch genug ist, um das thermoplastische Harz zu schmelzen, jedoch nicht hoch genug, um das Harz abzubauen; Verdichten des Materials in der Form durch Aufbringen eines ersten vorbestimmten Drucks darauf; Verringern des ersten vorbestimmten Drucks in der Form auf einen zweiten vorbestimmten Druck und dabei Aufrechterhalten der ersten Temperatur in jeder der Zonen für einen vorbestimmten Zeitraum; anschließend Stoppen des Hei zvorgangs in jeder der Zonen und dabei Erhöhen des zweiten vorbestimmten Drucks auf den ersten vorbestimmten Druck, um das Harz in jeder der Zonen erstarren zu lassen; und Entnehmen des Formteils aus der Form.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Harz ein Fluorpolymerharz ist und die Fas er eine Kohlenstoffaser ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, worin die zweite Temperatur um etwa 20 ºF (7 ºC) bis etwa 180 ºF (82 ºC) unter der ersten Temperatur liegt und zustandegebracht wird, indem der Heizvorgang in jeder Zone gestoppt wird, wenn die Temperatur in der vorhergehenden Zone die zweite Temperatur erreicht hat.