PL248813B1 - Forma do wytwarzania płyt kompozytowych - Google Patents

Abstract

Forma do wytwarzania płyt kompozytowych zawiera dwie płyty zamykające (1a, 1b) z umieszczonymi pomiędzy nimi płytami roboczymi (2a, 2b) tak, że płyta zamykająca górna (1a) połączona jest z płytą roboczą górną (2a), zaś płyta zamykająca dolna (1b) połączona jest z płytą roboczą dolną (2b). W płycie roboczej (2a, 2b) jest co najmniej jeden kanał grzejny (4) na ciecz grzewczą, który pierwszym końcem połączony jest z otworem zasilającym oraz drugim końcem z otworem wylotowym (6). Kanał grzejny (4) w płycie roboczej (2a, 2b) jest ułożony spiralnie wokół jej środka. Na płycie roboczej dolnej (2b) od strony płyty roboczej górnej (2a) jest rama (9) z przestrzenią środkową (10) na formowaną płytę kompozytową (3), przy czym w tej ramie (9) na jej obwodzie są otwory odprowadzające (11). Na ramie (9) jest uszczelka zewnętrzna (13), która poprowadzona jest wzdłuż obwodu płyty roboczej (2a, 2b), zaś wzdłuż tej uszczelki zewnętrznej (13), od środka tej ramy (9) poprowadzona jest uszczelka wewnętrzna (14). Uszczelka wewnętrzna (14) ma mniejszą wysokość od uszczelki zewnętrznej (13). Otwory odprowadzające (11) w ramie (9) są pomiędzy uszczelkami (13, 14).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest forma do wytwarzania płyt kompozytowych, zwłaszcza polimerowo-włóknistych, do wykorzystania w procesie ciśnieniowym wraz z wygrzewaniem.

Znane ze stosowania sposoby wytwarzania płyt kompozytowych, zapewniające uzyskiwanie wysokiej wytrzymałości kompozytów polimerowo-włóknistych, wymagają zastosowania procesu autoklawowego. Autoklaw jest urządzeniem bardzo energochłonnym. Stanowi go komora zapewniająca wygrzewanie, zwykle w temperaturach rzędu od 100 do 180°C, przy wysokim ciśnieniu w zakresie od 3 do 12 bar. Każdorazowy wsad do autoklawu wymaga więc dostarczenia znacznej energii elektrycznej. Ponadto technologie autoklawowe to technologie suche wytwarzania kompozytów polimerowo-włóknistych, co oznacza, że półfabrykatem są tu preimpregnaty będące zazwyczaj zwykłymi tkaninami włóknistymi, zwłaszcza węglowymi, szklanymi lub aramidowymi, które zostały przesycone termoutwardzalną żywicą epoksydową w odpowiedniej proporcji w stosunku do włókien stanowiących zbrojenie. Preimpregnaty wytwarzane są przez wyspecjalizowane przedsiębiorstwa, przy czym struktury kompozytowe na bazie preimpregnatów muszą być magazynowane w ujemnej temperaturze w zakresie od -12 do -18°C tak, aby nie doszło do samoczynnego utwardzania żywicy termoutwardzalnej, co wpływa na wzrost kosztów wytwarzania struktur kompozytowych.

Z opisu patentowego PL221940B1 znana jest prasa podciśnieniowa, zwłaszcza do klejenia wielowarstwowych płyt kompozytowych, która wyposażona jest w poziomowany stół, zawierająca elastyczną membranę i zespół pomp próżniowych wraz z instalacją podciśnieniową. Na ramie nośnej, umieszczonej na zespole podpór podtrzymujących, usytuowana jest, korzystnie elastycznie, płyta robocza, korzystnie złożona z płyty laminowanej zawierającej warstwę podstawową i górną warstwę uszczelnioną, mającą zamocowany na swoim obrzeżu kanał powietrzny, wykonany w kształcie ceownika, wewnątrz którego usytuowane są przelotowe otwory powietrzne. Na zewnątrz kanału powietrznego, korzystnie w jego narożniku, jest umieszczona mufa odsysająca. Membrana dociskowa jest umieszczona na płycie roboczej zawierającej element klejony i na górnej części kanału powietrznego, korzystnie wyposażonego w umieszczony wewnątrz ceownika stolik wypełniający.

W opisie patentowym PL230777B1 został ujawniony sposób klejenia wielowarstwowych płyt kompozytowych oraz prasa podciśnieniowa do klejenia wielowarstwowych płyt kompozytowych, stosowana w przemysłowej produkcji konstrukcyjnych elementów, w szczególności ścian kontenerów oraz innych wyrobów przestrzennych o dużych formatach. Prasa podciśnieniowa, wyposażona jest w poziomowany stół, zawiera elastyczną membranę i zespół pomp próżniowych wraz z instalacją podciśnieniową. Na ramie nośnej umieszczonej na zespole podpór podtrzymujących usytuowana jest, korzystnie elastycznie, płyta robocza, korzystnie złożona z płyty laminowanej zawierającej warstwę podstawową i górną warstwę uszczelnioną. Membrana dociskowa jest umieszczona na płycie roboczej zawierającej element klejony korzystnie z dolną wkładką rozdzielającą lub górną wkładką rozdzielającą i na górnej części kanału powietrznego, korzystnie wyposażonego w umieszczony wewnątrz ceownika stolik wypełniający.

Z opisu zgłoszeniowego wzoru użytkowego CN209971789U znane jest urządzenie do wytwarzania płyt kompozytowych, które zawiera górne siedzisko podtrzymujące i dolny stół warsztatowy. Stojak podnoszący umieszczony jest pionowo w wewnętrznej wnęce górnej podstawy podtrzymującej. Powierzchnia zębów zębatki podnoszącej jest skierowana w prawo i jest zazębiona z tarczą zębatą w dopasowany sposób. Tarcza zębata i koło zapadkowe są współosiowo i trwale zamontowane razem, a ich obrotowe wały są napędzane do obracania się za pomocą ręcznej korby. Zapadka osadzona jest obrotowo na bocznej krawędzi koła zapadkowego i poprzez obracający się wał odpowiada górnej podstawie nośnej. Środek zapadki połączony jest z blokiem mocującym za pomocą sprężyny powrotnej. Docisk w kształcie drzwi wysuwa się ku dołowi górnej podstawy nośnej w trybie dopasowanym. Na dolnym końcu pręta dociskowego w kształcie drzwi umieszczona jest na stałe płyta dociskowa. Dwa zestawy sprężyn dociskowych zderzaka są umieszczone między dociskową płytą a górną podstawą nośną.

Celem wynalazku jest opracowanie nowej formy do wytwarzania płyt kompozytowych, która pozwoli na zmniejszenie energochłonności ich wytwarzania w porównaniu ze sposobem autoklawowym, a jednocześnie będzie miała prostą konstrukcję i będzie łatwa w użytkowaniu.

Forma do wytwarzania płyt kompozytowych zawierająca dwie płyty zamykające z umieszczonymi pomiędzy nimi płytami roboczymi tak, że płyta zamykająca górna połączona jest z płytą roboczą górną, zaś płyta zamykająca dolna połączona jest z płytą roboczą dolną, według wynalazku charakteryzuje się tym, że w płycie roboczej jest co najmniej jeden kanał grzejny na ciecz grzewczą, który pierwszym końcem połączony jest z otworem zasilającym oraz drugim końcem z otworem wylotowym, a ponadto

PL 249813 B1 kanał grzejny w płycie roboczej jest ułożony spiralnie wokół jej środka, zaś na płycie roboczej dolnej od strony płyty roboczej górnej jest rama z przestrzenią środkową na formowaną płytę kompozytową, przy czym w tej ramie na jej obwodzie są otwory odprowadzające, a ponadto na ramie jest uszczelka zewnętrzna, która poprowadzona jest wzdłuż obwodu płyty roboczej, zaś wzdłuż tej uszczelki zewnętrznej, od środka tej ramy poprowadzona jest uszczelka wewnętrzna, przy czym uszczelka wewnętrzna ma mniejszą wysokość od uszczelki zewnętrznej, zaś otwory odprowadzające w ramie są pomiędzy uszczelkami.

Korzystnie pomiędzy płytą zamykającą a płytą roboczą jest płyta uszczelniająca do uszczelnienia kanału grzejnego, przy czym w płycie roboczej, wzdłuż obwodu kanału grzejnego, jest co najmniej jedno wybranie izolujące, a ponadto na płycie roboczej dolnej, w przestrzeni środkowej ramy, jest płyta dystansowa.

Dalsze korzyści uzyskiwane są, jeżeli na obwodzie połączonych ze sobą płyt zamykających i płyt roboczych są współosiowe otwory na śruby stabilizujące, zaś płyta zamykająca lub płyta robocza ma kształt prostokątny w przekroju wzdłużnym albo ma kształt kwadratowy w przekroju wzdłużnym, albo ma kształt koła w przekroju wzdłużnym, a ponadto połączone ze sobą płyta zamykająca górna i płyta robocza górna połączone są z połączonymi ze sobą płytą zamykającą dolną i płytą roboczą dolną poprzez prowadnice.

Następne korzyści uzyskuje się, jeśli otwór odprowadzający połączony jest z przewodem odprowadzającym, korzystnie przewód odprowadzający jest elastyczny.

Nowa forma do wytwarzania płyt kompozytowych, według wynalazku, pozwala na zmniejszenie kosztów wytwarzania płaskich płyt kompozytowych, zwłaszcza polimerowo-włóknistych. Dzięki zastosowaniu nagrzewania powierzchni płyt roboczych cieczą, proces wygrzewania żywicy celem pełnej jej polimeryzacji jest znacząco mniej energochłonny niż proces prowadzony w autoklawie. Dzięki naciskowi prasy hydraulicznej lub śrubowej, w której umieszczana jest forma do wytwarzania płyt kompozytowych, uzyskiwane jest ciśnienie prasowania, przez co znacznie zmniejszane są koszty procesu w porównaniu z kosztami wytworzenia ciśnienia w komorze autoklawu. Wytwarzanie płyt kompozytowych z wykorzystaniem wynalazku jest znacznie mniej energochłonne od wytwarzania płyt kompozytowych znanymi sposobami z wykorzystaniem urządzeń znanych ze stanu techniki. Wytwarzanie płyt kompozytowych z wykorzystaniem nowej formy, dzięki zastosowaniu metody mokrej, nie wymaga stosowania drogich w zakupie preimpregnatów oraz ich magazynowania.

Przedmiot wynalazku, w przykładach wykonania, został przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia formę do wytwarzania płyt kompozytowych w przekroju poprzecznym, natomiast fig. 2 - płytę roboczą formy do wytwarzania płyt kompozytowych od strony kanału grzewczego.

Forma do wytwarzania płyt kompozytowych, według wynalazku, w pierwszym przykładzie wykonania zawiera dwie symetryczne do siebie płyty zamykające 1a, 1b mające w przekroju wzdłużnym kształt prostokąta oraz połączone z nimi i umieszczone pomiędzy nimi dwie symetryczne do siebie płyty robocze 2a, 2b mające w przekroju wzdłużnym również kształt prostokąta. Płyta robocza górna 2a połączona jest z płytą zamykającą górną 1 a, zaś płyta robocza dolna 2b połączona jest z płytą zamykającą dolną 1 b, a ponadto płyty robocze 2a, 2b skierowane są do siebie powierzchniami roboczymi. Do płyty zamykającej górnej 1a przykładany jest nacisk prasy, zaś płyta zamykająca dolna 1b położona jest na stole prasy. Powierzchnie wewnętrzne płyt roboczych 2a, 2b służą do prasowania wytwarzanych płyt kompozytowych 3, do wytwarzania których stosuje się suche tkaniny włókniste, które przesyca się ciekłą żywicą, zwłaszcza epoksydową chemoutwardzalną. W każdej płycie roboczej 2a, 2b jest kanał grzejny 4, który ułożony jest spiralnie wokół środka tej płyty roboczej 2a, 2b i który jednym końcem połączony jest z otworem zasilającym 5, zaś drugim swoim końcem połączony jest z otworem wylotowym 6. Przez kanał grzejny 4 przepływa ciecz grzejna, którą zależnie od wymaganej temperatury jest glikol albo olej termiczny. W płycie roboczej 2a, 2b, wzdłuż obwodu kanału grzejnego 4, są wybrania izolujące 7, których celem jest izolacja w kierunkach poprzecznych, przy czym wybrania izolujące 7 są korzystnie wypełnione materiałem izolującym ciepło. Pomiędzy płytą roboczą 2a, 2b a płytą zamykającą 1a, 1b na przestrzeni wyznaczonej przez zewnętrzne krawędzie wybrań izolujących 7, jest płyta uszczelniająca 8, która jest z materiału izolującego zaś jej celem jest ukierunkowanie ciepła na powierzchnię roboczą płyty roboczej 2a, 2b. Na płycie roboczej dolnej 2b, od strony płyty roboczej górnej 2a, umieszczona jest rama 9, która w centralnej części ma przestrzeń środkową 10 na formowaną płytę kompozytową 3. W ramie 9, na jej obwodzie, są otwory odprowadzające 11, z których każdy połączony jest z elastycznym przewodem odprowadzającym 12. Na ramie 9 jest ponadto uszczelka zewnętrzna 13, która poprowadzona jest wzdłuż obwodu płyty roboczej 2a, 2b, zaś wzdłuż tej uszczelki zewnętrznej 13, od strony środkowej płyty roboczej 2a, 2b, poprowadzona jest uszczelka wewnętrzna 14, która ma mniejszą wysokość niż ta uszczelka zewnętrzna 13. Otwory odprowadzające 11 w ramie 3 są pomiędzy uszczelką zewnętrzną 13 i uszczelką wewnętrzną 14. Na obwodzie połączony ze sobą płyt zamykających 1a, 1b i płyt roboczych 2a 2b są współosiowe otwory 15 na śruby stabilizujące, które utrzymują stałe zaciśnięcie prasowanej płyty kompozytowej 3 w czasie utwardzania żywicy. Dzięki temu forma może zostać umieszczona na stole prasy jedynie na czas wywołania wymaganego nacisku roboczego, przy czym w momencie przyłożenia tego nacisku dokręca się śruby stabilizujące, przez co po odjęciu nacisku prasy forma pozostaje zaciśnięta i możliwe jest jej zdjęcie z prasy. Rama 9 wykorzystywana jest do wyprowadzenia nadmiaru żywicy z przestrzeni pomiędzy roboczymi powierzchniami płyt roboczych 2a, 2b oraz uszczelnia tę przestrzeń aby zapobiec dalszemu wypływowi żywicy podczas prasowania płyty kompozytowej 3. Uszczelka zewnętrzna 13 uszczelnia przestrzeń roboczą pomiędzy płytami roboczymi 2a, 2b wzdłuż ich obwodu celem skierowania wyciskanego nadmiaru żywicy wyłącznie do otworów odprowadzających 11 w ramie 9. Nadmiar żywicy jest odprowadzany przez przewody odprowadzające 12 do zbiorczego pojemnika. Uszczelka wewnętrzna 14 natomiast ma taką wysokość, że przy zmniejszającym się prześwicie pomiędzy płytami roboczymi 2a, 2b, na skutek nacisku, po wyprowadzeniu nadmiaru żywicy w przestrzeni roboczej pomiędzy płytami roboczymi 2a, 2b pozostaje optymalna jej ilość do wytworzenia płyty kompozytowej 3, zaś sama przestrzeń jest uszczelniona przez tę uszczelkę wewnętrzną 14. Dalszy nacisk prasy, poprzez płytę zamykającą górną 1a, a tym samym zmniejszanie dystansu pomiędzy płytami roboczymi 2a, 2b prowadzi do wzrostu ciśnienia żywicy znajdującej się w przestrzeni środkowej 10 ramy 9. Wysokość uszczelki wewnętrznej 14 powinna być taka, aby umożliwiła wytworzenie wymaganego ciśnienia żywicy w przestrzeni środkowej 10 ramy 9, w której prowadzone jest prasowanie płyty kompozytowej 3. Wzrost nacisku prasy jest kontynuowany do momentu uzyskania odległości pomiędzy płytami roboczymi 2a, 2b zapewniającej wymaganą grubość wytwarzanej płyty kompozytowej 3. Połączone ze sobą płyta zamykająca górna 1a i płyta robocza górna 2a połączone są z połączonymi ze sobą płytą zamykającą dolną 1b i płytą roboczą dolną 2b poprzez prowadnice 16, które ustalają wzajemne położenie płyt 1a, 1b, 2a, 2b względem siebie i zapewniają równoległość ich powierzchni podczas prowadzonego prasowania.

Forma do wytwarzania płyt kompozytowych, według wynalazku, w drugim przykładzie wykonania, taka jak w przykładzie pierwszym, z tym że płyta zamykająca 1a, 1b ma w przekroju wzdłużnym kształt kwadratu i płyta robocza 2a, 2b ma w przekroju wzdłużnym kształt kwadratu, zaś na płycie roboczej dolnej 2b, w przestrzeni środkowej 10 ramy 9 jest płyta dystansowa 17, która jest z metalu o dobrym przewodnictwie cieplnym i ma grubość zależną od grubości wytwarzanej płyty kompozytowej 3.

Forma do wytwarzania płyt kompozytowych, według wynalazku, w trzecim przykładzie wykonania, taka jak w przykładzie pierwszym, z tym że płyta zamykająca 1a, 1b ma w przekroju wzdłużnym kształt koła i płyta robocza 2a, 2b ma w przekroju wzdłużnym kształt koła.

Wykaz oznaczeń rysunkowych a - płyta zamykająca górna b - płyta zamykająca dolna a - płyta robocza górna 2b - płyta robocza dolna 3 - płyta kompozytowa

- kanał grzejny

- otwór zasilający

- otwór wylotowy

- wybranie izolujące

- płyta uszczelniająca

- rama

- przestrzeń środkowa 11 - otwór odprowadzający 12 - przewód odprowadzający 13 - uszczelka zewnętrzna 14 - uszczelka wewnętrzna 15 - otwór 16 - prowadnica 17 - płyta dystansowa

Claims (11)

1. Forma do wytwarzania płyt kompozytowych zawierająca dwie płyty zamykające z umieszczonymi pomiędzy nimi płytami roboczymi tak, że płyta zamykająca górna połączona jest z płytą roboczą górną, zaś płyta zamykająca dolna połączona jest z płytą roboczą dolną, znamienna tym, że w płycie roboczej (2a, 2b) jest co najmniej jeden kanał grzejny (4) na ciecz grzewczą, który pierwszym końcem połączony jest z otworem zasilającym (5) oraz drugim końcem z otworem wylotowym (6), a ponadto kanał grzejny (4) w płycie roboczej (2a, 2b) jest ułożony spiralnie wokół jej środka, zaś na płycie roboczej dolnej (2b) od strony płyty roboczej górnej (2a) jest rama (9) z przestrzenią środkową (10) na formowaną płytę kompozytową (3), przy czym w tej ramie (9) na jej obwodzie są otwory odprowadzające (11), a ponadto na ramie (9) jest uszczelka zewnętrzna (13), która poprowadzona jest wzdłuż obwodu płyty roboczej (2a, 2b), zaś wzdłuż tej uszczelki zewnętrznej (13), od środka tej ramy (9) poprowadzona jest uszczelka wewnętrzna (14), przy czym uszczelka wewnętrzna (14) ma mniejszą wysokość od uszczelki zewnętrznej (13), zaś otwory odprowadzające (11) w ramie (9) są pomiędzy uszczelkami (13, 14).

2. Forma według zastrz. 1, znamienna tym, że pomiędzy płytą zamykającą (1a, 1b) a płytą roboczą (2a, 2b) jest płyta uszczelniająca (8) do uszczelnienia kanału grzejnego (4).

3. Forma według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że w płycie roboczej (2a, 2b), wzdłuż obwodu kanału grzejnego (4), jest co najmniej jedno wybranie izolujące (7).

4. Forma według jednego z zastrz. od 1 do 3, znamienna tym, że na płycie roboczej dolnej (1b), w przestrzeni środkowej (10) ramy (9), jest płyta dystansowa (17).

5. Forma według jednego z zastrz. od 1 do 4, znamienna tym, że na obwodzie połączonych ze sobą płyt zamykających (1a, 1b) i płyt roboczych (2a, 2b) są współosiowe otwory (15) na śruby stabilizujące.

6. Forma według jednego z zastrz. od 1 do 5, znamienna tym, że płyta zamykająca (1a, 1b) lub płyta robocza (2a, 2b) ma kształt prostokątny w przekroju wzdłużnym.

7. Forma według jednego z zastrz. od 1 do 5, znamienna tym, że płyta zamykająca (1a, 1b) lub płyta robocza (2a, 2b) ma kształt kwadratowy w przekroju wzdłużnym.

8. Forma według jednego z zastrz. od 1 do 5, znamienna tym, że płyta zamykająca (1a, 1b) lub płyta robocza (2a, 2b) ma kształt koła w przekroju wzdłużnym.

9. Forma według jednego z zastrz. od 1 do 8, znamienna tym, że połączone ze sobą płyta zamykająca górna (1a) i płyta robocza górna (2a) połączone są z połączonymi ze sobą płytą zamykającą dolną (1b) i płytą roboczą dolną (2a) poprzez prowadnice (16).

10. Forma według jednego z zastrz. od 1 do 9, znamienna tym, że otwór odprowadzający (11) połączony jest z przewodem odprowadzającym (12).

11. Forma według zastrz. 10, znamienna tym, że korzystnie przewód odprowadzający (11) jest elastyczny.