PL229519B1 - Sposób wytwarzania wyrobu z kompozytu żywica-włókno - Google Patents

Abstract

Sposób polega na wykonaniu w pierwszym etapie modelu wyrobu (1) z otworem (2) w skali 1:1 i na jego podstawie sztywnej, kompozytowej formy (3) gotowego wyrobu (1). W drugim etapie wykonuje się model rdzenia (4) wyrobu (1), pomniejszonego o grubość kompozytu żywica-włókno, przyjętego do zastosowania na powierzchni zewnętrznej wyrobu (1). Na podstawie tego wyrobu (1) wykonuje się formę rdzenia (4), pokrywa wnętrze tej formy środkiem zapobiegającym przyklejaniu się do niej rdzenia (4), zamyka się formę i wkłada się do niej trzpień, odwzorowujący otwór (2) w wyrobie (1), po czym wprowadza się do niej żywicę utwardzalną spienialną. Po utwardzeniu rdzenia (4) wyjmuje się go z formy. W trzecim etapie układa się w formie (3) gotowego wyrobu (1) i/lub na porowatym rdzeniu (4) wzmocnienie (6). Wzmocnienie (6) jest wykonane z tkaniny i/lub z maty z włókien technicznych i stanowi co najmniej jedno rozwinięcie wyrobu (1). Następnie do formy (3) wkłada się porowaty rdzeń (4), a do jego otworu (2) elastyczny pojemnik (7). Do pojemnika (7) wprowadza się czynnik gazowy i utrzymuje jego ciśnienie do czasu utwardzenia wzmocnienia (6), po czym wyjmuje się ten pojemnik (7) i gotowy wyrób (1).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania wyrobu z kompozytu żywica-włókno, częściowo zamkniętego z pominięciem złączy klejowych. Pod pojęciem wyrobu częściowo zamkniętego rozumie się wyrób ścienny, mający wewnętrzną zamkniętą przestrzeń, oraz przynajmniej jeden mniejszy lub większy otwór stanowiący dostęp do tej przestrzeni. Przykładem takiego wyrobu może być zbiornik, rura, skrzynia.

Tradycyjna metoda produkcji częściowo zamkniętych wyrobów z laminatów żywiczno-włóknistych polega na uformowaniu dwóch półskorup, a następnie połączeniu ich ze sobą za pomocą kleju. Jednocześnie, konieczne jest zapewnienie wysokiej jakości laminatu budującego ścianki wyrobu, co wiąże się z koniecznością dostępu do całej wewnętrznej powierzchni skorupy podczas realizacji laminowania. Wadą wyrobów uzyskanych taką techniką jest obecność obszernego złącza klejowego łączącego półskorupy. Wpływa ono negatywnie na właściwości mechaniczne i stanowi obszar inicjacji procesów niszczenia wyrobu.

Wytwarzanie wyrobów kompozytowych polegające na uformowaniu skorup i ich połączeniu znane jest z polskiego zgłoszenia nr P.289873.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania kompozytowego wyrobu z otworem jako jednego elementu, bez łączenia półskorup.

Sposób wytwarzania wyrobu z kompozytu żywica-włókno polegający na wykonaniu, korzystnie w pierwszym etapie, modelu wyrobu w skali 1:1 i na jego podstawie, jedno- lub wieloczęściowej, sztywnej, kompozytowej formy gotowego wyrobu, według wynalazku, w drugim etapie wykonuje się model rdzenia wyrobu odpowiadającego wyrobowi pomniejszonemu o grubość wzmocnienia nasyconego żywicą i nakładanego w trzecim etapie, przyjętego do zastosowania jako profil nośny wyrobu. Na podstawie tego modelu wykonuje się, korzystnie z materiału kompozytowego, korzystnie dwuczęściową formę rdzenia i pokrywa się wnętrze tej formy, stanowiące jej gniazdo, środkiem zapobiegającym przyklejaniu się do niej rdzenia. Dalej, zamyka się formę i wkłada się do niej trzpień analogicznie pokryty środkiem zabezpieczającym go przed przyklejaniem się rdzenia. Trzpień ten odwzorowuje otwór w wyrobie. Następnie do formy wprowadza się żywicę utwardzalną spienialną oraz inicjator utwardzenia. Pozostawia się wypełnioną formę do czasu utwardzenia rdzenia, po czym wyjmuje się z niej gotowy porowaty rdzeń. W trzecim etapie układa się w formie gotowego wyrobu lub na porowatym rdzeniu, albo częściowo w formie gotowego wyrobu i częściowo na porowatym rdzeniu, wzmocnienie wykonane z tkaniny i/lub maty z włókien technicznych, stanowiące co najmniej jedno rozwinięcie, korzystnie gotowego wyrobu. Wcześniej, wzmocnienie to nasyca się żywicą utwardzalną konstrukcyjną. Po ułożeniu wzmocnienia, do formy gotowego wyrobu wkłada się porowaty rdzeń lub porowaty rdzeń ze wzmocnieniem nasyconym żywicą utwardzalną konstrukcyjną. Następnie zamyka się formę gotowego wyrobu, wkłada się do otworu porowatego rdzenia elastyczny rozporowy pojemnik, wprowadza się do niego czynnik gazowy i utrzymuje się w nim ciśnienie do czasu utwardzenia żywicy, którą zostało nasycone wzmocnienie, po którym to utwardzeniu powstaje kompozyt żywica-włókno. Po utwardzeniu wyjmuje się gotowy wyrób i najczęściej elastyczny rozporowy pojemnik. Wprowadzana do formy, w drugim etapie, żywica utwardzalna spienialną i inicjator utwardzenia tworzą układ spieniający o współczynniku ekspansji korzystnie 20-40. Jako żywicę utwardzalną spienialną stosuje się korzystnie żywicę poliuretanową, jako żywicę utwardzalną konstrukcyjną stosuje się korzystnie żywicę: epoksydową, poliestrową, winyloestrową, akrylową lub poliuretanową, natomiast jako włókna techniczne na tkaniny i/lub maty stosuje się korzystnie włókna: szklane, węglowe, aramidowe lub inne włókna ciągłe pochodzenia mineralnego lub organicznego. Sztywna, kompozytowa forma gotowego wyrobu stanowi korzystnie dwie połówki. Elastyczny, rozporowy pojemnik można zaś pokrywać wzmocnieniem wykonanym z tkaniny i/lub maty z włókien technicznych, nasyconym żywicą utwardzalną konstrukcyjną.

Sposób, według wynalazku, pozwala wyeliminować niepożądane złącza klejowe wyrobu. Wykonanie wyrobu, zamiast jak dotychczas z dwóch części, z jednej części, w formie rdzenia z nawiniętym na niego wzmocnieniem w postaci rozwinięcia lub rozwinięć, korzystnie gotowego wyrobu, wzmacnia wyrób gwarantując zdecydowanie lepsze jego właściwości mechaniczne oraz odporność na zniszczenie. Wprowadzenie w tym sposobie do wyrobu elastycznego, rozporowego pojemnika ze sprężonym czynnikiem gazowym poprawia docisk wzmocnienia do rdzenia podczas utwardzania i tym samym poprawia właściwości wytrzymałościowe wyrobu.

Sposób według wynalazku w przykładzie realizacji zostanie bliżej objaśniony w oparciu o rysunek, na którym fig. 1 przedstawia w przekroju formę z trzpieniem do wykonania porowatego rdzenia

PL 229 519 Β1 z otworem, fig. 2 przedstawia w przekroju formę na końcowy wyrób z umieszczonym w niej porowatym rdzeniem pokrytym wzmocnieniem i z elastycznym pojemnikiem rozporowym umieszczonym w otworze tego rdzenia, a fig. 3 przedstawia inny kształt wyrobu z otworem.

Sposób obejmuje wykonanie słupa 1 drogowego z kompozytu żywica-włókno o konstrukcji zawartej w przyjętych założeniach projektowych metodą ciśnieniową z zastosowaniem dwuczęściowej formy.

W I etapie, na podstawie przyjętych założeń, wykonano z drewna, metodą obróbki skrawaniem, model słupa 1 drogowego w skali 1:1. Następnie, przy użyciu tego modelu wykonano kompozytową sztywną formę 3 składającą się z dwóch połówek dla gotowego słupa 1 drogowego.

WII etapie przystąpiono do wykonania porowatego rdzenia 4 odpowiadającego pomniejszonemu oryginałowi słupa 1 drogowego, realizując następujące czynności:

- na podstawie wcześniejszych założeń projektowych wykonano model rdzenia 4 słupa 1 drogowego z osiowym otworem 2, w skali 1:1, pomniejszony o grubość wzmocnienia nasyconego żywicą i przewidzianego do zastosowania jako profil nośny tego słupa 1;

- w oparciu o ten model wykonano z materiału kompozytowego formę 3.1 rdzenia 4 składającą się z dwóch połówek;

- powierzchnię gniazda formy 3.1, obejmującego dwie połówki, wyczyszczono, a następnie odtłuszczono acetonem i pokryto środkiem rozdzielającym woskowym zapobiegającym przyklejaniu się materiału rdzenia 4 do tej formy 3.1. Środkiem rozdzielającym może być także polialkohol winylowy lub pasta silikonowa;

- zamknięto ze sobą połówki formy 3.1 rdzenia 4 w sposób szczelny i wzajemnie ustalony;

- przygotowano żywicę utwardzalną spienialną, poprzez dodanie do niej utwardzacza;

- do formy 3.1 włożono trzpień 5 i ustalono go w pozycji środkowej w tej formie 3.1. Średnica trzpienia 5 powinna mieć wymiary otworu 2 w słupie 1, według przyjętych założeń projektowych. Wcześniej trzpień 5 pokryto środkiem rozdzielającym woskowym, przy czym może to być także polialkohol winylowy lub pasta silikonowa, zapobiegające przyklejaniu się trzpienia 5 do rdzenia 4; - do formy 3.1 rdzenia 4 nalano żywicę utwardzalną spienialną w postaci żywicy poliuretanowej, zdolną do spieniania, zmieszaną z inicjatorem utwardzenia, które to składniki utworzyły układ spieniający o współczynniku ekspansji 30, całkowicie wypełniający gniazdo formy 3.1 rdzenia 4; - po wypełnieniu formy 3.1 odczekano około 1 godzinę i po zakończeniu utwardzania wyjęto rdzeń 4 z formy;

III etap obejmuje wykonanie gotowego wyrobu polegające na realizacji poniższych czynności: - powierzchnię gniazda formy 3 słupa 1 drogowego, obejmującą dwie połówki, wykonaną w pierwszym etapie, wyczyszczono, a następnie odtłuszczono acetonem i pokryto środkiem rozdzielającym woskowym zapobiegającym przyklejaniu się materiału rdzenia 4 słupa 1 drogowego do tej formy. Środkiem rozdzielającym może być także poliakohol winylowy lub pasta silikonowa; - w przygotowanej formie 3 lub na porowatym rdzeniu 4 ułożono wzmocnienie 6 z tkaniny szklanej, przy czym wzmocnienie może być także z tkaniny lub maty: węglowej, poliaramidowej lub innej o wysokiej wytrzymałości mechanicznej, stanowiące co najmniej jedno rozwinięcie słupa 1 drogowego, nasycone żywicą utwardzalną konstrukcyjną. Wzmocnieniem 6 obwinięto w całości porowaty rdzeń 4. Wzmocnienie 6 może być układane przemiennie, częściowo na rdzeniu 4 i częściowo w formie 3 tworząc finalnie, tzn. po utwardzeniu żywicy w dalszej części etapu III, kompozyt żywica-włókno;

- do formy 3 dwupołówkowej włożono porowaty rdzeń 4 i zamknięto formę 3;

- następnie wprowadzono do otworu 2 rdzenia 4 elastyczny rozporowy pojemnik 7 w postaci worka wykonanego z polietylenu;

- do elastycznego rozporowego pojemnika 7 wprowadzono czynnik gazowy za pomocą układu ciśnieniowego, który wywierając bezpośredni nacisk na ścianki otworu 2 rdzenia 4 i pośredni na powierzchnię zewnętrzną rdzenia 4, poprzez jego docisk do ścianek formy 3 powodował dobre przyleganie kompozytu żywica-włókno do ścianek formy 3;

- ciśnienie w elastycznym rozporowym pojemniku 7 było utrzymywane do momentu utwardzenia kompozytu żywica-włókno. Pojemnik 7 w postaci worka wykonanego z polietylenu może być obłożony kompozytem żywica-włókno, zgodnie z przyjętymi wcześniej założeniami projektowymi, dla zwiększenia wytrzymałości gotowego słupa 1 drogowego;

PL 229 519 Β1

- po utwardzeniu się kompozytu żywica-włókno, elastyczny rozporowy pojemnik 7 wyjmuje się, ale może on pozostać w otworze 2 słupa 1 na przykład jako zabezpieczenie otworu 2 przed zanieczyszczeniem;

- forma 2 zostaje otwarta, a gotowy słup 1 drogowy wyjmuje się z niej.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania wyrobu z kompozytu żywica-włókno polegający na wykonaniu, korzystnie w pierwszym etapie, modelu wyrobu, w skali 1:1 i na jego podstawie, jedno- lub wieloczęściowej, sztywnej kompozytowej formy gotowego wyrobu, znamienny tym, że w drugim etapie wykonuje się model rdzenia (4) wyrobu (1) odpowiadający wyrobowi (1) pomniejszonemu o grubość wzmocnienia (6) nasyconego żywicą i nakładanego w trzecim etapie, na podstawie tego modelu wykonuje się, korzystnie z materiału kompozytowego, korzystnie dwuczęściową formę (3.1) rdzenia (4), pokrywa się wnętrze tej formy (3.1), stanowiące jej gniazdo, środkiem zapobiegającym przyklejaniu się do niej rdzenia (4), zamyka się formę (3.1) i wkłada się do niej trzpień (5) pokryty środkiem zabezpieczającym go przed przyklejaniem się, odwzorowujący otwór (2) w wyrobie (1) i wprowadza się do niej żywicę utwardzalną spienialną oraz inicjator utwardzenia, pozostawia się wypełnioną formę (3.1) do czasu utwardzenia rdzenia (4), po czym wyjmuje się porowaty rdzeń (4) z formy (3.1), w trzecim etapie układa się, w formie (3) gotowego wyrobu (1) lub na porowatym rdzeniu (4) albo częściowo w formie (3) gotowego wyrobu (1) i częściowo na porowatym rdzeniu (4), wzmocnienie (6) wykonane z tkaniny i/lub maty z włókien technicznych stanowiące co najmniej jedno rozwinięcie, korzystnie gotowego wyrobu (1), uprzednio nasycone żywicą konstrukcyjną, po czym do formy (3) gotowego wyrobu (1) wkłada się porowaty rdzeń (4) bez lub z nałożonym wzmocnieniem (6) nasyconym żywicą utwardzalną konstrukcyjną, zamyka się formę (3) gotowego wyrobu (1) jeżeli jest to forma wieloczęściowa, a następnie wkłada się do otworu (2) porowatego rdzenia (4) elastyczny rozporowy pojemnik (7), wprowadza się do tego pojemnika (7) czynnik gazowy i utrzymuje w nim ciśnienie do czasu utwardzenia żywicy, którą jest nasycone wzmocnienie (6), stanowiące po tym utwardzeniu kompozyt żywica-włókno, a następnie wyjmuje gotowy wyrób (1) i - najczęściej - elastyczny rozporowy pojemnik (7).
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wprowadzana do formy, w drugim etapie żywica utwardzalna spienialna i inicjator utwardzenia tworzą układ spieniający o współczynniku ekspansji korzystnie 20-40.
3. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jako żywicę utwardzalną spienialną stosuje się żywicę poliuretanową.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako żywicę utwardzalną konstrukcyjną stosuje się żywicę epoksydową, poliestrową, winyloestrową, akrylową lub poliuretanową.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako włókna techniczne na tkaniny i/lub maty stosuje się włókna: szklane, węglowe, poliaramidowe lub inne włókna ciągłe pochodzenia mineralnego lub organicznego.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że forma (3) składa się z dwóch połówek.
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że elastyczny, rozporowy pojemnik (7) pokrywa się wzmocnieniem nasyconym żywicą utwardzalną konstrukcyjną, wykonanym z tkaniny i/lub maty z włókien szklanych, węglowych, poliaramidowych lub innych włókien ciągłych pochodzenia mineralnego lub organicznego.