NL1031768C2 - Hoogbelastbare sandwichstructuur, alsmede werkwijzen voor het vervaardigen daarvan. - Google Patents

Description

-1 -

Korte aanduiding: Hoogbelastbare sandwichstructuur, alsmede werkwijzen voor het vervaardigen daarvan.

De uitvinding heeft betrekking op een sandwichstructuur, en op werkwijzen voor de vervaardiging daarvan.

Onder meer uit EP-A-636463 van aanvraagster zijn in situ vervaardigde sandwichpanelen bekend, die een thermoplastische 5 schuimkernlaag omvatten die verbonden is met ten minste een - al dan niet vezelversterkte - thermoplastische deklaag, alsmede een werkwijze voor het vervaardigen daarvan. Onder in situ vervaardigen wordt verstaan het in een stap vormen van de schuimkernlaag en verbinden daarvan met ten minste een deklaag in een pers, uitgaande 10 van een samenstel van een laag van een thermoplastische kunststof die met een geschikt fysisch blaasmiddel is geïmpregneerd en de ten minste ene thermoplastische deklaag omvat. Dit samenstel wordt in een pers geplaatst, en na het bereiken van een materiaalafhankelijke schuimtemperatuur, wordt de afstand tussen de persplaten vergroot.

15 Na koelen en drogen wordt dan een in situ vervaardigd sandwichpaneel verkregen. Dergelijke sandwichpanelen zijn vanwege hun gunstige sterkte- en gewichtseigenschappen in het bijzonder geschikt voor toepassing in de transportsector, zoals lucht- en ruimtevaart.

Tegenwoordig zijn ook thermoplastische sandwichpanelen bekend, 20 die ten minste een vezelversterkte thermoplastische laag en een kernlaag uit een thermoplastische honingraatstructuur omvatten. Deze honingraatstructuur omvat in hoofdzaak evenwijdige opgestelde open buisvormige elementen uit een thermoplastische kunststof die loodrecht op het hoofdoppervlak van de vezelversterkte 25 thermoplastische laag staan.

Bij sommige beoogde toepassingen van (thermoplastische) sandwichpanelen is de verwachte belasting erg groot, zodat er behoefte bestaat aan dergelijke constructie-elementen die verbeterde sterkte-eigenschappen bezitten.

30 De uitvinding heeft ten doel een sandwichstructuur op basis van een samenstel van ten minste een vezelversterkte thermoplastische deklaag en thermoplastische kernlaag, in het bijzonder van in situ vervaardigde sandwichpanelen te verschaffen met verbeterde sterkte- 1 031768 -2- eigenschappen, alsmede werkwijzen voor de vervaardiging daarvan, of een bruikbaar alternatief daarvoor.

De uitvinding verschaft daartoe een sandwichstructuur op basis van een samengesteld paneel van een thermoplastische kernlaag 5 verbonden met ten minste een vezelversterkte thermoplastische laag, in het bijzonder een in situ vervaardigd sandwichpaneel, welke structuur een thermoplastische kern omvat, die tussen twee deklagen is opgesteld, waarbij de kern is versterkt met vezelversterkte thermoplastische versterkingsribben die zich tussen de deklagen 10 uitstrekken. Door de aanwezigheid van de vezelversterkte thermoplastische versterkingsribben, die zich vanaf de ene deklaag in de richting van de andere deklaag uitstrekken, - met andere woorden niet evenwijdig aan de deklagen zijn gericht in de kern bezit de sandwichstructuur volgens de uitvinding een hogere (druk- en of 15 schuif)sterkte en buigstijfheid dan een in situ vervaardigd sandwichpaneel, zodat de sandwichstructuur in hogere mate belastbaar is. De kern bestaat aldus uit meerdere delen, die van elkaar zijn gescheiden door de versterkingsribben. De kern omvat een niet-massieve thermoplastische structuur, bijv. een thermoplastisch schuim 20 of een thermoplastische honingraat. Voor het verbinden van de onderdelen van de thermoplastische sandwichstructuur kan een thermohardende of thermoplastische lijm worden toegepast. Indien mogelijk, fungeert de thermoplastische kunststof die in de kern, versterkingsribben en deklagen aanwezig is zelf als hechtmiddel, 25 bijv. door heetlassen .

In de context van deze beschrijving betekent de term "samengesteld paneel" een voorwerp met een dikte die klein is in vergelijking met de lengte en breedte daarvan, en die is opgebouwd uit een thermoplastische kernlaag en ten minste een vezelversterkte 30 thermoplastische deklaag.

Verder wordt de uitdrukking "sandwichpaneel" in deze beschrijving gebruikt voor een bijzondere uitvoeringsvorm van een samengesteld paneel, namelijk een voorwerp met een dikte die klein is in vergelijking met de lengte en breedte van het voorwerp, opgebouwd 35 uit een kern die tussen twee deklagen is opgesteld. De tweede deklaag behoeft niet perse een vezelversterkt thermoplastische kunststof te omvatten, maar kan ook een al dan niet vezelversterkte deklaag uit -3- een ander materiaal omvatten, zoals een metalen plaat of een vezelversterkt thermohardend materiaal.

Een "thermoplastisch sandwichpaneel" duidt een dergelijk sandwich- paneel aan, dat opgebouwd is uit een thermoplastische 5 kernlaag en twee vezelversterkte thermoplastische deklagen.

Een "in situ vervaardigd sandwichpaneel" duidt een dergelijk sandwichpaneel aan, dat door middel van de hierboven beschreven in situ opschuimtechniek is geproduceerd, met andere woorden een tussen twee vezelversterkte thermoplastische deklagen opgestelde 10 thermoplastische schuimlaag.

"Sandwichstructuur" duidt binnen de context van deze aanvrage een voorwerp aan met eveneens een dikte die klein is in vergelijking met de lengte en de breedte daarvan, opgebouwd uit een thermoplastische kern die tussen twee deklagen is opgesteld, waarbij 15 tussen de deklagen eveneens vezelversterkte thermoplastische vezelversterkingsribben zijn voorzien, en die daarmee zijn verbonden.

Terzijde wordt opgemerkt dat uit DE19715529 verschillende sandwichstructuren voor bouwcomponenten voor vliegtuigen bekend zijn, die een schuimkern en (vezelversterkte) deklagen omvatten. Bij 20 bepaalde uitvoeringsvormen is de schuimkern samengesteld uit segmenten, waarbij elk segment met schuim gevulde vezellichamen omvat. Deze segmenten kunnen in verschillende opstellingen aangrenzend aan elkaar zijn opgesteld, en vormen aldus een segmentrij. Een of meerdere op elkaar gestapelde segmentrijen zijn 25 tussen twee deklagen opgesteld en daarmee verbonden. Dit document ontsluit eveneens een werkwijze voor het vervaardigen van dergelijke sandwichstructuren, waarbij de verbinding tussen de segmenten onderling en met de deklagen -desgewenst onder tussenkomst van een additionele vezelversterkingslaag tot stand wordt gebracht door het 30 injecteren van een impregneermiddel (hars) in een deklaag van de sandwichstructuur zodanig dat het middel ook tussen aangrenzende segmenten in een segmentrij doordringt, en het vervolgens laten uitharden van het impregneermiddel. Van deze bekende sandwichstructuren wordt gesteld dat zij een aan de belastingen 35 aangepaste druk-, schuif- en buigvastheid en -stijfheid bezitten.

Verder is uit DE19515930 een soortgelijke sandwichstructuur bekend waarbij met schuim gevulde geëxtrudeerde hulzen naast elkaar -4- zijn opgesteld en met elkaar verbonden tot een kern, die tussen deklagen kan worden opgenomen om de sandwich te vormen.

Andere soortgelijke sandwichstructuren die een (schuim)kern tussen deklagen omvatten, waarbij ook versterkte verbindingsribben 5 die zich tussen de deklagen in de kern uitstrekken, zijn onder meer bekend uit US 5547737.

De specifieke problematiek van thermoplastische sandwichpanelen, -structuren en de vervaardiging daarvan wordt in deze publicaties niet genoemd.

10 Met voordeel staan de versterkingsribben bij de sandwich- structuur volgens de uitvinding loodrecht op de hoofdoppervlakken (deklagen) daarvan. Andere richtingen van de versterkingsribben, voor zover deze zich tussen de deklagen uitstrekken, zijn mogelijk en worden mede bepaald door de verwachte belastbaarheid bij de beoogde 15 toepassing.

Bij een voorkeursuitvoeringsvorm van een sandwichstructuur volgens de uitvinding omvat de kern aangrenzend aan elkaar opgestelde segmenten, waarbij een segment met voordeel is vervaardigd uit een thermoplastisch sandwichpaneel, bij voorkeur een in situ vervaardigd 20 sandwichpaneel dat een thermoplastisch kernlichaam, bij voorkeur een schuimlichaam omvat dat aan ten minste een oppervlak is bedekt met een vezelversterkte thermoplastische laag. Dergelijke segmenten die in het algemeen een relatief grote lengte bezitten ten opzichte van de breedte en/of dikte kunnen uit een in situ vervaardigd 25 sandwichpaneel door middel van eenvoudige vervormingstappen worden verkregen, zoals hierna nog zal worden toegelicht.

De vorm van een dergelijk segment is niet beperkt. Voorbeelden - gezien in dwarsdoorsnede - variëren van rond, ovaal, polygonaal, driehoekig, parallellogram, rechthoekig tot vierkant, en combinaties 30 daarvan. Met het oog op de hierboven beschreven voorkeursrichting van de versterkingsribben hebben rechthoekige en vierkante doorsnedes van . de segmenten de voorkeur.

Dergelijke segmenten kunnen op zichzelf ook worden toegepast als lichtgewicht planken, versterkingsbalken, posten voor deuren, 35 stijlen voor ramen en deuren, enz.

Bij een verdere voorkeursuitvoeringsvorm daarvan omvat een segment een schuimlichaam met een rechthoekige doorsnede, waarbij ten minste vier zijden van het schuimlichaam zijn bedekt met een -5- vezelversterkte thermoplastische laag. Thermoplastische (deel)lagen en eventueel toegevoegde verstevigingslagen daarvan kunnen daarbij elkaar overlappen of stuik tegen elkaar aan liggen.

Indien het schuim een anisotroop schuim met langwerpige cellen 5 is zoals bij een in situ vervaardigd sandwichpaneel, zijn de segmenten met voordeel zo opgesteld dat de lengterichting van de schuimcellen zich in de dikterichting van de structuur uitstrekken, met andere woorden loodrecht op een hoofdoppervlak van de structuur staan. Bij deze voordelige uitvoeringsvorm ondersteunt met betrekking 10 tot de druksterkte de oriëntatie van de cellen de aanwezigheid van de versterkingsribben. Dit geldt op gelijke wijze voor een thermoplastische honingraatstructuur in de kern.

Volgens een andere voorkeursuitvoeringsvorm omvat de sandwichstructuur volgens de uitvinding een samenstel van ten minste 15 twee deelpanelen, waarbij elk deelpaneel een (bij voorkeur een thermoplastische, meer bij voorkeur een vezelversterkte thermoplastische) deklaag omvat, die aan ten minste een zijde is voorzien van op afstand van elkaar gelegen thermoplastische kerndelen, die aan ten minste twee zijden, bij voorkeur alzijdig, 20 zijn bekleed met een vezelversterkte thermoplastische deklaag, waarbij de deelpanelen met elkaar zijn verbonden zodanig dat de kerndelen van een deelpaneel zich op een positie tussen de kerndelen van een ander deelpaneel bevinden.

Sandwichpanelen worden veelal als vlakke platen gevormd, bij 25 voorkeur volgens industriële standaardafmetingen. Deze voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding laat het plaatvormig karakter van de uitgangsmaterialen in de vorm van platen in hoofdzaak intact in tegenstelling tot de eerder genoemde uitvoeringsvormen op basis van afzonderlijke segmenten. De bij voorkeur complementaire 30 deelpanelen die op voordelige wijze door lokale vervorming onder invloed van warmte en druk eenvoudig kunnen worden vervaardigd uit een sandwichpaneel, met voorkeur een thermoplastisch sandwichpaneel, in het bijzonder een in situ vervaardigd sandwichpaneel kunnen na positionering met behulp van een thermohardende lijm met elkaar 35 worden verbonden. Bij deze uitvoeringsvorm is het mogelijk de versterkingsribben niet alleen in hoofdzaak parallel aan elkaar tussen de deklagen te laten uitstrekken, maar in meerdere richtingen, bij voorkeur loodrecht op elkaar, hetgeen een verdere verbetering van -6- de sterkte- en/of stijfheidseigenschappen geeft ten opzichte van een traditioneel paneel, omvattende ten minste een thermoplastische deklaag en een thermoplastische schuimkern.

Afhankelijk van onder meer de onderlinge afstand van de 5 kerndelen, en de vorm en de afmetingen daarvan is met voordeel ten minste tussen naburige kerndelen van een deelpaneel een additionele vezelversterkte thermoplastische laag (deze wordt hierna ook aangeduid als verstevigingslaag) voorzien. Omdat bij deze uitvoeringsvorm de versterkingsribben zijn gevormd uit een deklaag 10 van het uitgangsmateriaal, kan het noodzakelijk zijn ten minste één additionele laag bij het vervaardigen van een deelpaneel toe te voegen teneinde over het gehele oppervlak dezelfde totaaldikte van de vezelversterkte deklagen (met uitzondering van de lokale versterkingsribben) te bereiken. De afmetingen van de 15 verstevigingslaag, het aantal verstevigingslagen en de aard van de materialen daarvan met inbegrip van de vezelversterking, kunnen worden afgestemd op de specifieke eisen die de beoogde toepassing stelt.

De sandwichstructuur volgens de uitvinding kan op diverse 20 wijzen worden vervaardigd. De uitvinding ziet ook op voorkeurswerkwijzen voor het vervaardigen van een bij voorkeur thermoplastische sandwichstructuur volgens de uitvinding, omvattende een thermoplastische kern, die tussen twee (bij voorkeur thermoplastische, meer bij voorkeur vezelversterkte thermoplastische) 25 deklagen is opgesteld, waarbij de kern is versterkt met vezelversterkte thermoplastische versterkingsribben die zich tussen de deklagen uitstrekken, welke werkwijze de stappen omvat van a) het verschaffen van een samengesteld paneel van een thermoplastische kernlaag die is verbonden met een vezelversterkte 30 thermoplastische laag; b) het vouwen van ten minste een rand van het samengesteld paneel over een lengte die minimaal gelijk is aan de dikte van het paneel onder gelijktijdige lokale verdichting van de kernlaag, zodat een segment dat ten minste aan twee aangrenzende vlakken is bedekt met 35 een vezelversterkte thermoplastische laag wordt verkregen; c) het herhalen van stappen a) en b) totdat een gewenst aantal segmenten is verkregen; -7- d) het opstellen van een aantal segmenten aangrenzend aan elkaar tussen twee (bij voorkeur thermoplastische, meer bij voorkeur vezelversterkte thermoplastische} deklagen zodanig dat elk segment in aanraking verkeert met een aangrenzend segment of ten 5 minste een van beide deklagen; en e) het verbinden van de deklagen met de segmenten en van de segmenten onderling.

De werkwijzen volgens de uitvinding inclusief de hierna te bespreken alternatieve voorkeurswerkwijze laten toe een 10 thermoplastische sandwichstructuur met verbeterde sterkte- eigenschappen te verkrijgen, zoals eerder is beschreven. Omdat de kernlaag van het samengesteld paneel uit een thermoplastisch kunststofmateriaal is vervaardigd, kan deze eenvoudig door lokale verhitting tot de smelttemperatuur ± 20°C en druk worden verdicht tot 15 een compacte massa met zeer geringe afmetingen, terwijl de thermoplastische deklaag zich gemakkelijk laat vervormen onder uitoefening van druk en bij voldoend hoge temperatuur (in de buurt van de glasovergangstemperatuur). Een heet vervormingsstempel is daartoe een geschikt gereedschap. Zoals eerder vermeld, kunnen extra 20 (vezelversterkte) thermoplastische lagen als verstevigingslagen worden toegevoegd, bij voorkeur zodanig dat deze zich in de gerede sandwichstructuur ook in de dikterichting uitstrekken. Bij voorkeur omvat stap a) het in situ vormen van een thermoplastisch sandwichpaneel dat twee vezelversterkte thermoplastische deklagen met 25 daartussen een thermoplastische schuimlaag omvat, welk paneel desgewenst in (rechthoekige) secties met geschikte afmetingen wordt verdeeld. Bij voorkeur wordt een dergelijk paneel of sectie daarvan langs twee evenwijdige randen gevouwen, zodat een ten minste vierzijdig bekleed segment wordt verkregen. Met voordeel omvat stap 30 b) het vouwen van de twee randen vanaf tegengestelde zijden van een paneel of sectie. Teneinde extra sterke verstevigingsribben te verkrijgen omvat stap b) bij een voorkeursuitvoeringsvorm het vouwen van de randen vanaf dezelfde zijde van een paneel of sectie gevolgd door het vouwen van de randen vanaf de tegenoverliggende zijde. Door 35 deze maatregel omvatten de beklede zijden van een segment die door vouwen zijn gevormd, een dubbele bedekking met vezelversterkt thermoplastisch materiaal, die later als versterkingsribben fungeren.

-8-

Indien gewenst kunnen nog extra verstevigingslagen enkelzijdig, dubbelzijdig of alzijdig in stap b) worden toegevoegd.

Bij een alternatieve werkwijze voor het vervaardigen van een sandwichstructuur omvattende een thermoplastische kern, die tussen 5 twee deklagen is opgesteld, waarbij de kern is versterkt met vezelversterkte thermoplastische verstevigingsribben die zich tussen de deklagen uitstrekken, worden eerst deelpanelen vervaardigd. De werkwijze omvat daartoe de stappen van f) het verschaffen van een sandwichpaneel, bij voorkeur een 10 thermoplastisch sandwichpaneel, meer bij voorkeur een in situ vervaardigd thermoplastisch sandwichpaneel, omvattende een thermoplastische kernlaag, die tussen twee deklagen is opgesteld, waarvan er tenminste één een vezelversterkte thermoplastische deklaag is; 15 g) het aanbrengen van een of meer insnijdingen in de vezelversterkte thermoplastische deklaag van het paneel; h) het vouwen van randen van een insnijding onder gelijktijdige lokale verdichting van de kernlaag, zodat een deelpaneel omvattende een deklaag, die voorzien is van op afstand van elkaar 20 gelegen kerndelen, die aan ten minste twee zijden zijn bekleed met een vezelversterkte thermoplastische deklaag, wordt verkregen; i) het ten minste eenmaal herhalen van de stappen f)-h) totdat een gewenst aantal deelpanelen is vervaardigd; j) het positioneren van ten minste twee deelpanelen ten opzichte van 25 elkaar zodanig de kerndelen van een deelpaneel zich op een positie tussen de kerndelen van een ander deelpaneel bevinden; en k) het verbinden van de deelpanelen met elkaar.

De term "insnijding" duidt hierbij een onderbreking van de vezelstructuur van de vezelversterkte thermoplastische laag aan. Een 30 dergelijke onderbreking kan met een willekeurig gereedschap worden gemaakt, zoals een mes, laser, frees of zaag.

Bij een voorkeursuitvoeringsvorm worden de insnijdingen in stap g) evenwijdig op afstand van elkaar voorzien, zodat de sandwichstructuur evenwijdig aan elkaar gelegen versterkingsribben 35 krijgt.

Bij een nog verdere voorkeursuitvoeringsvorm worden in stap g) in de deelpanelen de insnijdingen volgens complementaire patronen gemaakt, zodat in de uiteindelijke sandwichstructuur de kerndelen van -9- een deelpaneel grenzen aan en ook verbonden zijn met de schuimkerndelen van een ander deelpaneel via de versterkingsribben.

In stap h) worden met voordeel de randen van een insnijding van het thermoplastisch sandwichpaneel gevouwen over een lengte die 5 minimaal gelijk is aan de dikte van het paneel. Daardoor wordt bereikt dat het gevouwen deel van de vezelversterkte deklaag tijdens stap k) ook kan verbonden worden met de andere deklaag, en zodoende een sterke constructie van de sandwichstructuur wordt verkregen.

Omdat de afmetingen van het oppervlak van de oorspronkelijke 10 vezelversterkte thermoplastische deklaag waarin de insnijdingen worden aangebracht veelal ontoereikend zijn om ook de door vouwen gevormde zijvlakken van de kerndelen te bedekken (met andere woorden de versterkingsribben volledig te vormen) kunnen met voordeel additionele vezelversterkte thermoplastische laagdelen 15 (verstevigingslagen) worden gepositioneerd over en/of nabij de insnijdingen. Opnieuw kunnen de afmetingen van de verstevigingslaag, het aantal verstevigingslagen en de aard van de uitgangsmaterialen daarvan met inbegrip van de vezelversterking, worden afgestemd op de specifieke eisen van de beoogde toepassing. Bijvoorbeeld kunnen de 20 afmetingen van de verstevigingslaag zo worden gekozen dat de verstevigingslaag niet alleen de bodem en zijkanten van de tussen de kerndelen voorziene verdieping bedekt, maar zich ook over niet-vervormde delen van de vezelversterkte thermoplastische deklaag aangrenzend aan de verdieping uitstrekt.

25 Omdat de te verbinden oppervlakken van de deelpanelen slecht bereikbaar zijn wordt in deze stap k) bij voorkeur een thermohardende lijm toegepast. De deelpanelen kunnen ook individueel worden toegepast, bijv. als golfplaten voor daken, wanden van tanks etc. Verder kunnen de verdiepingen ruimtes in de deelpanelen worden 30 opgevuld met een of meer segmenten, waarna een verdere deklaag ook hierover aangebracht kan worden. De opvulling kan ook met deelsegmenten zoals rechthoekige blokjes, cilinders etc. worden bereikt, afhankelijk van de vorm van de verdieping en gewenste opvullingsgraad.

35 Een werkwijze voor de vervaardiging van een thermoplastisch sandwichpaneel met een thermoplastische schuimkern door middel van in situ schuimen is bijvoorbeeld uit EP-A1-0636463 bekend, zoals al eerder is beschreven.

-10-

Een dergelijk bekend in situ geschuimd sandwichpaneel bestaat uit een geschuimde kernlaag, die is bedekt met twee vezelversterkte thermoplastische deklagen. Een deklaag omvat een of meer (vezelversterkte) thermoplastische materialen. Het in situ 5 opschuimproces bestaat uit verschillende stappen. De eerste stap is een assembleerstap, waarbij een kernbaan, die ten minste een film van een thermoplastisch materiaal omvat, welk materiaal een bepaalde hoeveelheid van een geschikt fysisch blaasmiddel bevat, wordt gepositioneerd tussen bijvoorbeeld twee (vezelversterkte) deklagen, 10 die gebruikelijk uit eenzelfde thermoplastische kunststofmateriaal als de kernbaan bestaan. Vervolgens wordt het samenstel van kernbaan en deklagen tussen twee persplaten in een pers opgesteld. In deze toestand wordt een schuimstap uitgevoerd, waarbij als eerste warmte en druk via de persplaten aan het samenstel worden toegevoegd, zodat 15 een verbinding tussen de kernbaan met de deklaag of deklagen wordt bewerkstelligd. Hierna wordt tijdens een opschuimstap de pers, wanneer de temperatuur hoog genoeg geworden is, langzaam geopend waardoor de afstand tussen de twee persplaten toeneemt. Dit laat toe dat het fysisch blaasmiddel (zwelmiddel, oplosmiddel) expandeert 20 waardoor het materiaal van de kernbaan gaat schuimen. Deze expansie wordt gebruikelijk onder geregelde condities uitgevoerd. Op deze wijze wordt de kernbaan geschuimd, en de verbinding tussen de kernbaan en de deklaag of -lagen wordt in een productiestap bewerkstelligd zonder de noodzaak een afzonderlijke of aanvullende 25 lijm te gebruiken. Wanneer een voorafbepaalde dikte van de geschuimde kernbaan is verkregen, laat men het samenstel afkoelen tijdens een koelstap. Het aldus verkregen product omvat de opgeschuimde kernbaan die door twee thermoplastische deklagen is bedekt en daarmee verbonden. Aanvullend wordt gebruikelijk nog een droogstap 30 uitgevoerd.

Voorbeelden van zwelmiddelen voor een thermoplastisch schuim omvattende kernlaag, omvatten o.a. aceton, methylethylketon, methylacetaat, methylpropionaat, nitro-ethaan, cyclohexaan, ether, ethanol, methanol en pentaan, alsmede mengsels zoals ethanol/aceton 35 en methanol/methylacetaat. Aceton is een de voorkeur hebbend zwelmiddel.

Voorbeelden van geschikte thermoplastische kunststoffen voor zowel de kernlaag, alsmede de matrix voor de vezelversterkte deklagen -11- omvatten polyetherimide (PEI)/ polyethersulfon (PES), polysulfon, polyvinylsulfon (PPSU), polyketon zoals polyetheretherketon (PEEK), vloeibare kristalpolymeren, polycarbonaat (PC), propyleen (PP), polyethyleen (PE), polyvinylchloride (PVC), enz., alsmede combinaties 5 daarvan. Een de voorkeur hebbende thermoplast is polyetherimide. Dit is verkrijgbaar bij General Electric onder de handelsnaam Ultem in verschillende kwaliteiten. Als versterking hebben glasvezels de voorkeur. Andere anorganische vezels zoals metaalvezels, koolstofvezels en organische vezels zoals aramidevezels kunnen op 10 gelijke wijze worden toegepast, mits deze vervormbaar zijn om de versterkingsribben te vormen. Naast bovenstaande synthetische vezels kunnen eveneens natuurlijke vezels worden gebruikt. De vezels kunnen in de vorm van matten, weefsels en dergelijke worden toegepast. Gerichte vezels, in het bijzonder unidirectionele vezels waarbij de 15 vezelrichting aan de beoogde toepassing is aangepast, kunnen eveneens met voordeel worden gebruikt. De kernlaag, bijv. thermoplastische honingraat of thermoplastisch schuim kan desgewenst zijn versterkt met vezels van de hierbovengenoemde typen of met nanodeeltjes. Bij voorkeur is het thermoplastisch materiaal van de of kernlaag 20 hetzelfde als het thermoplastisch materiaal in de deklagen.

Combinaties van verschillende thermoplastische kunststoffen kunnen echter eveneens worden toegepast. Geschikte voorbeelden daarvan omvatten onder andere PEI-schuim, bedekt met uit PPSü, PS, PEEK of PC vervaardigde deklagen, PES- of PPSU-schuim bedekt met PSU- of PC-25 deklagen, en PP-schuim bedekt met polyamide zoals nylon deklagen.

De genoemde voorbeelden gelden op vergelijkbare wijze voor de additionele verstevigingslagen. Deze kunnen als geconsolideerde laag of als prepreg worden gebruikt, die op zich uit meerdere op elkaar gestapelde lagen (lamellen) kunnen bestaan.

30 Desgewenst kan de kern eveneens uit meerdere lagen zijn opgebouwd, die door een tussenlaag, zoals een al dan niet vezelversterkte (thermoplastiche) laag, keramische laag of metaallaag zijn gescheiden.

Andere werkwijzen voor het vervaardigen van een samenstel van 35 een thermoplastische kern en ten minste een vezelversterkte thermoplastische deklaag omvatten onder meer het extruderen van een thermoplastich schuim of thermoplastisch honingraat op een vezelversterkte thermoplastische deklaag, bij voorkeur tussen twee -12- dergelijke deklagen en het verlijmen van een thermoplastisch schuim met een vezelversterkte thermoplastische deklaag. De toegepaste lijm dient in het algemeen tegen de voor vervorming noodzakelijke temperaturen bestendig te zijn.

5 De uitvinding wordt hierna verder toegelicht aan de hand van de bijgevoegde tekening, waarin: fig. 1 schematisch een werkwijze toont voor het vervaardigen van een thermoplastisch schuimsegment, dat aan vier zijden is bedekt met een vezelversterkte thermoplastische deklaag; 10 fig. 2 schematisch een alternatieve werkwijze voor het vervaardigen van een dergelijk segment toont; fig. 3 schematisch een sandwichstructuur vervaardigd uit de segmenten volgens figuren 1 of 2 toont; fig. 4 schematisch een alternatieve werkwijze voor het 15 vervaardigen van een alzijdig met deklagen bekleed segment toont; fig. 5 schematisch een andere uitvoeringsvorm van een werkwijze voor het vervaardigen van een sandwichstructuur uit deelpanelen volgens de uitvinding toont; fig. 6 in doorsnede schematisch een andere uitvoeringsvorm van 20 een deelpaneel toont, dat bij de werkwijze volgens de uitvinding kan worden toegepast; fig. 7 nog een andere uitvoeringsvorm van een werkwijze voor het vervaardigen van een segment op schematische wijze illustreert; en 25 fig. 8 nog een andere uitvoeringsvorm van een werkwijze voor het vervaardigen van een deelpaneel toont.

Fig. 1 toont schematisch een voorbeeld van een uitvoeringsvorm van een werkwijze voor het vervaardigen van een segment, dat een schuimkern omvat die aan vier zijden is bekleed. Een dergelijk 30 segment kan worden toegepast bij de werkwijze voor het vervaardigen van een sandwichstructuur volgens de uitvinding.

Fig. la toont een thermoplastisch sandwichpaneel 10, dat een in situ geschuimde schuimkernlaag 12 omvat, dat aan de boven- en onderzijde is bedekt met vezelversterkte thermoplastische deklagen 35 14, resp. 16. Bij een eerste stap wordt de in fig. 1(a) weergegeven rechterzijde van bovenaf vervormd met een heet vormstempel 18, waardoor het betreffende deel van de bovenste deklaag 14 wordt omgevouwen tot aan de onderste deklaag 16, waarbij door de warmte het -13- betreffende deel van de schuimkernlaag 12 wordt verdicht. De grens tussen het vervormde deel en het niet vervormde deel wordt hierna ook wel als "vouwlijn" aangeduid en is in de fig. als stippellijn weergegeven. In een volgstap wordt de linkerzijde nu vanaf de 5 onderkant omgevoüwen (zie fig 1(b)), zodat een langwerpig segment 20 met rechthoekige doorsnede resulteert, dat de schuimkernlaag 12 omvat, die aan vier zijden is bedekt met een vezelversterkte thermoplastische deklaag 14, resp. 16. Zie fig. 1(c).

Fig. 2 toont een alternatieve werkwijze uitgaande van een 10 thermoplastisch sandwichpaneel 10, waarbij de zijvlakken van het segment worden bedekt met de vezelversterkte thermoplastische deklaag door eerst de bovenste deklaag aan twee tegenover elkaar gelegen randen om te vouwen op de aan de hand van fig. 1 beschreven wijze, en vervolgens de onderste deklaag. Aldus ontstaat een segment 20, dat 15 opnieuw een schuimkernlaag 12 omvat, waarvan de boven- en onderkant 22, resp. 24 zijn bedekt met een vezelversterkte thermoplastische deklaag en de zijvlakken 26 met een dubbele vezelversterkte thermoplastische deklaag. Desgewenst kunnen aanvullende vezelversterkte thermoplastische verstevigingslagen 70 tijdens of na 20 het vouwen worden aangebracht.

Fig. 3 toont hoe een reeks segmenten 20 met de zijvlakken 26 aangrenzend aan elkaar worden opgesteld tussen twee vezelversterkte thermoplastische deklagen 30. Het geheel wordt onder toevoeging van een lijm verbonden, waarbij zowel een verbinding tussen aangrenzende 25 thermoplastische deklagen 14, 16 van aangrenzende segmenten 20 wordt bewerkstelligd, als tussen de deklagen 14, 16 van de segmenten 20 en de deklagen 30. De aldus verkregen sandwichstructuur 40 omvat thermoplastische schuimkerndelen 42 afkomstig van de schuimkern 12 van de segmenten 20, die van elkaar zijn gescheiden door 30 versterkingsribben 44 uit vezelversterkte thermoplast afkomstig van de oorspronkelijke deklagen 14 en 16, en welke schuimkerndelen 42 aan de boven- en onderzijde zijn opgenomen tussen de deklagen 30.

In de hierboven gegeven toelichting worden rechthoekige segmenten toegepast. Andere vormen zijn uiteraard eveneens mogelijk, 35 zoals afwisselend met de punt omhoog dan wel naar beneden opgestelde driehoeken, zodat een sandwichstructuur resulteert, waarbij de versterkingsribben zaagtanden vormen.

- 14-

Fig. 4 toont schematisch een werkwijze, die voor het vervaardigen van alzijdig beklede segmenten en van kubusvormige blokken, afhankelijk van de lengte van het segment, kan worden toegepast. Hiertoe worden uit een sandwichpaneel 10 of een sectie 5 daarvan de hoeken verwijderd, zoals weergegeven in fig. 4(a), waarna de betreffende randen achtereenvolgens worden omgevouwen. Aldus ontstaat een (blokvormig) segment 20, dat aan alle zijden 22, 24, 26 is bedekt met een vezelversterkte thermoplastische deklaag 14 of 16. Blokvormige segmenten kunnen bijvoorbeeld als lokale 10 versterkingselementen worden toegepast.

De volgende figuur 5 toont de stappen van een alternatieve werkwijze voor het vervaardigen van een sandwichstructuur volgens de uitvinding. Een sandwichpaneel 10 omvat een schuimkernlaag 12 tussen twee vezelversterkte thermoplastische deklagen 14, respectievelijk 15 16. De bovenste deklaag 14 wordt ingesneden (zie fig. 5(a), zodat evenwijdige snijlijnen 50 ontstaan in de lengterichting van het sandwichpaneel. In een volgende stap worden de randen van de insnijdingen omgevouwen, bijvoorbeeld met behulp van een heet stempel zoals in fig 1 en 2 is weergegeven, gevolgd door consolidatie met een 20 consolidatiestempel, zodanig dat de omgevouwen delen van de deklaag 14 zich tot aan de andere deklaag uitstrekken. Zie het deelpaneel 60 in fig. 5(b), dat een vlakke deklaag 16 omvat, waarop aan een zijde strookvormige schuimkerndelen 42 zijn voorzien, die aan de andere (behalve de kopse) kanten, dwz. bovenzijde 22 en zijvlakken 26 zijn 25 bedekt met delen van de bovenste deklaag 14. Op overeenkomstige wijze wordt een ander sandwichpaneel ingesneden en vervormd tot een deelpaneel 60' zoals hierboven is gedefinieerd. Zie fig. 5(c). De twee deelpanelen 60 worden vervolgens zo in elkaar gepositioneerd dat de schuimkerndelen 42 van het ene deelpaneel 60 vallen in 30 verdiepingen tussen de schuimkerndelen 42 van het andere paneel 60'. In het algemeen worden door toevoeging van lijm en van warmte en druk de deelpanelen 60, 60' met elkaar verbonden o.a. via de vervormde thermoplastische deklagen 14, 16. Aldus ontstaat een sandwichstructuur 40 met deklagen 30 die lokaal (in dit geval 35 afwisselend aan de bovenzijde respectievelijk onderzijde) uit dubbele deklagen 14 en 16 van de deelpanelen 60, 60' bestaan, alsmede dubbele versterkingsribben 44 die zich vanaf de bovenste deklaag 30 naar de onderste deklaag 30 uitstrekken. Bij deze uitvoeringsvorm zijn ook de - 15- versterkingsribben 44 samengesteld uit de oorspronkelijke deklagen 14 en 16. Begrepen zal worden dat onder meer afhankelijk van de dikte van een sandwichpaneel 10 en de onderlinge afstand van de snijlijnen het noodzakelijk kan zijn voorafgaande aan het vormen van de 5 schuimkerndelen een aanvullende vezelversterkte thermoplastische laag of lagen aan te brengen over of nabij de snijlijnen, die tijdens de daaropvolgende vouwbewerking of vervorming wordt meevervormd en gevouwen. Zie ook fig. 8. Door aanpassing van de vorm van de verdiepingen en dus van de kerndelen kan ook een gekromd deelpaneel 10 of een gekromde sandwich- structuur worden vervaardigd.

Begrepen zal worden dat de verdiepingen ook kunnen worden opgevuld met individuele segmenten zoals die van fig. 1 en 2. Daaroverheen kan indien nodig een aanvullende thermoplastische verstevigingslaag worden aangebracht, die desgewenst van een 15 vezelversterking is voorzien.

Fig. 6 toont een deelpaneel 60 gedeeltelijk in doorsnede, waarbij de bovenste deklaag 14 zowel in de lengte- als de breedterichting is doorgesneden, waarbij een aantal snijlijnen 50 reeds zijn omgevouwen. In het aldus gevormde tussenpaneel kunnen 20 bijvoorbeeld blokvormige segmenten 20 volgens fig. 4 worden opgenomen, en bedekt met een (vezelversterkte) deklaag.

Fig. 7 toont nog een alternatieve werkwijze voor het vormen van segmenten. Hierbij is een thermoplastische schuimstrip 12 geplaatst tussen twee vezelversterkte thermoplastische deklagen 14, 25 16 die zich ten minste in twee richtingen voorbij de schuimstrip 12 uitstrekken. In volgstappen worden de uitstekende delen van de deklagen 14, 16 langs de zijvlakken van de schuimstrip gevouwen en afhankelijk van de lengte van de overstekende delen eventueel nog een keer gevouwen. Dergelijke segmenten 20 kunnen worden gebruikt voor de 30 vervaardiging van een sandwichstructuur zoals in fig. 3 is getoond. Een segment kan ook worden vervaardigd uit een kern, die met voorkeur aan vier zijden wordt bekleed met een thermoplastische deklaag.

Zoals in fig. 8 is getoond kan indien gewenst een additionele vezelversterkte thermoplastische laag 70 over een snijlijn 50 worden 35 gelegd, waarna met een heet vervormingsstempel de onderliggende schuimstructuur wordt verdicht en de deklagen worden omgevouwen tot randen van de schuimkerndelen. Zie het deelpaneel 60 in fig. 8(c).

«1031768

Claims (17)

1. Sandwichstructuur (40) op basis van een samengesteld paneel van een thermoplastische kernlaag verbonden met ten minste een vezelversterkte thermoplastische laag, in het bijzonder een in situ vervaardigd sandwichpaneel (10), welke structuur een 5 thermoplastische kern (42) omvat, die tussen twee deklagen (30) is opgesteld, waarbij de kern (42) is versterkt met vezelversterkte thermoplastische versterkingsribben (44) die zich tussen de deklagen (30) uitstrekken.

2. Sandwichstructuur volgens conclusie 1, waarbij de thermoplastische kern een schuimkern omvat.

3. Sandwichstructuur volgens conclusie 1 of 2, waarbij de kern aangrenzend aan elkaar opgestelde segmenten (20) omvat, waarbij een 15 segment (20) is vervaardigd uit een thermoplastisch sandwichpaneeel, bij voorkeur een in situ vervaardigd sandwichpaneel (10), en een thermoplastisch kernlichaam (12) omvat dat aan ten minste een oppervlak (22, 24, 26) is bedekt met een vezelversterkte thermoplastische laag (14, 16). 20

4. Sandwichstructuur volgens conclusie 3, waarbij een segment (20) een schuimlichaam (12) met een rechthoekige doorsnede omvat, waarbij ten minste vier zijden (14, 24, 26) van het schuimlichaam zijn bedekt met een vezelversterkte thermoplastische laag (14, 16). 25

5. Sandwichstructuur volgens conclusie 1, omvattende een samenstel van ten minste twee deelpanelen (60, 60'), waarbij elk deelpaneel (60, 60') een (14, 16) omvat, die voorzien is van op afstand van elkaar gelegen thermoplastische kerndelen (12), die aan 30 ten minste twee zijden zijn bekleed met een vezelversterkte thermoplastische deklaag (14, 16), waarbij de deelpanelen (60, 60') met elkaar zijn verbonden zodanig dat de kerndelen (12) van een deelpaneel (60, 60') zich op een positie tussen de kerndelen (12) van een ander deelpaneel (60, 60') bevinden. 1 03 1 768 - 17-

6. Sandwichstructuur volgens conclusie 5, waarbij ten minste tussen naburige kerndelen (12) van een deelpaneel (60, 60') een additionele vezelversterkte thermoplastische laag (70) is voorzien. 5

7. Werkwijze voor het vervaardigen van een sandwichstructuur (40) omvattende een thermoplastische kern (42), die tussen twee deklagen (30) is opgesteld, waarbij de kern (42) is versterkt met vezelversterkte thermoplastische versterkingsribben (44) die zich 10 tussen de deklagen (30) uitstrekken, welke werkwijze de stappen omvat van a) het verschaffen van een samengesteld paneel (10) van een thermoplastische kernlaag (12), die is verbonden met een vezelversterkte thermoplastische laag (14, 16); 15 b) het vouwen van ten minste een rand van het samengesteld paneel (10) over een lengte die minimaal gelijk is aan de dikte van het paneel onder gelijktijdige lokale verdichting van de kernlaag (12), zodat een segment (20) dat ten minste aan twee aangrenzende vlakken (22, 24, 26) is bedekt met een vezelversterkte 20 thermoplastisch laag (14, 16) wordt verkregen; c) het herhalen van stappen a) en b) totdat een gewenst aantal segmenten (20) is verkregen; d) het opstellen van een aantal segmenten (20) aangrenzend aan elkaar tussen twee deklagen (30) zodanig dat elk segment (20) in 25 aanraking verkeert met een aangrenzend segment (20) of ten minste een van beide deklagen (30); en e) het verbinden van de deklagen (30) met de segmenten (20) en van de segmenten (20) onderling.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, waarbij stap a) het in-situ vormen van een thermoplastisch sandwichpaneel (10) omvat.

9. Werkwijze volgens conclusie 7 of 8, waarbij stap b) het vouwen van de randen vanaf tegengestelde zijden van het paneel (10) omvat. 35

10. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies 7-9, waarbij stap b) het vouwen van de randen vanaf dezelfde zijde van - 18- het paneel (10) omvat, gevolgd door het vouwen van de randen vanaf de tegenoverliggende zijde van het paneel (10).

11. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies 6-9, 5 waarbij stap b) het vouwen van alle randen van het paneel (10) omvat, zodanig dat het segment (20) alzijdig (22, 24, 26) is bedekt met een vezelversterkte thermoplastische laag(14, 16).

12. Werkwijze voor het vervaardigen van een sandwichstructuur 10 (40) omvattende een thermoplastische kern (42), die tussen twee deklagen (30) is opgesteld, waarbij de kern (42) is versterkt met vezelversterkte thermoplastische versterkingsribben (44) die zich tussen de deklagen (30) uitstrekken, welke werkwijze de stappen omvat van 15 f) het verschaffen van een sandwichpaneel (10) omvattende een thermoplastische kernlaag (12), die tussen twee deklagen (14, 16) is opgesteld waarvan er tenminste één een vezelversterkte thermoplastische deklaag is; g) het voorzien van een of meer insnijdingen (50) in de een 20 vezelversterkte thermoplastische (14, 16) laag van het paneel (10); h) het vouwen van randen van een insnijding (50) onder gelijktijdige lokale verdichting van de schuimlaag (12), zodat een deelpaneel (60, 60') omvattende een deklaag (14, 16), die voorzien is van op afstand van elkaar gelegen kerndelen (42), die aan ten 25 minste twee zijden (22, 24, 26) zijn bekleed met een vezelversterkte thermoplastische deklaag (14, 16), wordt verkregen; i) het ten minste eenmaal herhalen van de stappen f)-h) totdat een gewenst aantal deelpanelen (60, 60') is vervaardigd; j) het positioneren van ten minste twee deelpanelen (60, 60') ten 30 opzichte van elkaar zodanig de kerndelen (42) van een deelpaneel (60) zich op een positie tussen de kerndelen (42) van een ander deelpaneel (60') bevinden; en k) het verbinden van de deelpanelen (60, 60') met elkaar.

13. Werkwijze volgens conclusie 12, waarbij de kerndelen (42) in stap g) in de deelpanelen (60, 60') volgens complementaire patronen worden gemaakt. - 19-

14. Werkwijze volgens conclusie 12 of 13, waarbij de insnijdingen (50) in stap g) evenwijdig op afstand van elkaar worden voorzien.

15. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies 12-14, waarbij in stap h) de randen van een insnijding (50) van het sandwichpaneel (10) over een lengte die minimaal gelijk is aan de dikte van het paneel (10), worden gevouwen.

16. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies 12-15, waarbij voorafgaande aan stap h) een additioneel vezelversterkte thermoplastisch laagdeel (70) wordt gepositioneerd over en/of nabij een insnijding (50).

17. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies 12-16, waarbij stap k) het lijmen van de deelpanelen (60, 60') omvat onder toevoegen van een thermohardende lijm. 1031768