DE69110717T2

DE69110717T2 - Verfahren zum Herstellen von Verbundmaterialien.

Info

Publication number: DE69110717T2
Application number: DE69110717T
Authority: DE
Inventors: Marco Fantino
Original assignee: Metalleido Srl
Current assignee: Metalleido Srl
Priority date: 1990-03-26
Filing date: 1991-03-13
Publication date: 1996-01-18
Anticipated expiration: 2011-03-14
Also published as: DE69110717D1; IT9012441A0; ATE124321T1; ES2075236T3; EP0449033A3; EP0449033B1; IT1239130B; IT9012441A1; EP0449033A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Sandwich-Strukturen.
Es ist bekannt, daß bei der Herstellung von Strukturelementen, die aus Textilien aus Glas-, Aramid-, Kohlenstoffasern und dgl. gebildet sind, welche mit thermoplastischen oder wärmehärtbaren Harzen imprägniert werden, seit einigen Jahren von Paneelen des als Sandwich bekannten Typs Gebrauch gentacht wird, d.h. von Paneelen, die aus zwei äußeren Oberflächenschichten einer Textilie aus Fasern eines widerstandsfähigen Materials gebildet sind, die auf einen zentralen Füllkern aufgebracht sind.
Beispielsweise zeigt EP-A-286058 eine Sandwich-Struktur, die einen Innenkern (aus einem Polyurethanharzschaum), zwei Schichten (aus pflanzlichen, mineralischen oder synthetischen Fasern), die auf gegenüberliegenden Seiten des Kerns angeordnet sind, sowie dazwischen angeordnete Abstandshalterelemente umfaßt, die zwischen den Schichten eingelagert und in den Kern eingebettet sind.
Der zentrale Füllkern ist oft aus einer leichten Wabenstruktur aufgebaut, wobei die Achse der Zellen senkrecht zur Lageebene des Paneels angeordnet ist, oder es ist der Kern aus einer Füllung aus einem geschäumten oder expandierten Harz hergestellt.
Paneele mit einer Schaumfüllung ergeben nur kein genügend gutes Verhältnis von Gewicht zu mechanischen Eigenschaften, weshalb deren Verwendung hauptsächlich auf das Gebiet der Wärme- und Schallisolierung eingeschränkt ist.
Paneele mit einem zentralen Wabenkern weisen drei Arten von Nachteilen auf.
Erstens läßt sich die Wabenstruktur nur innerhalb präziser Grenzen mit einer zylindrischen Oberfläche zum Abgleich bringen, und sie ist nicht dazu befähigt, verformt zu werden, um die Gestalt von Oberflächen mit Doppelkrümmung anzunehmen.
Zum Erhalt von Paneelen mit Doppelkrümmung bzw. -rundung ist es erforderlich, die Wabenstruktur in eine bestimmte Reihe von Elementen zu segmentieren, wodurch es dann ermöglicht wird, einen Abgleich mit einer Oberfläche, die Doppelkrümmung aufweist, herbeizuführen, oder man muß die Wabenstruktur in der Hitze formen, was allerdings nur für den Fall möglich ist, daß die Wabenstruktur aus einem thermoplastischen Harz hergestellt ist.
Zweitens muß, bei Füllung der Wabenstruktur mit z.B. expandiertem Harz, die genannte Füllung vor der Einlagerung der Wabenstruktur zwischen die beiden äußeren Aussenschichten durchgeführt werden.
Drittens beinhaltet die sehr verringerte Berührungsoberflächenfläche zwischen den äußeren Kanten der Wabenstruktur und den Oberflächenschichten eine deutliche Herabsetzung bei der Scherfestigkeit in Parallelrichtung zu den Schichten, mit einer entsprechenden Erhöhung des Risiko einer Delaminierung derselben.
In letzter Zeit ist zur Herstellung von Verbund-Paneelen anstelle von Wabenstrukturen versucht worden, sogenannte "dreidimensionale" Gewebe oder Textilien zu verwenden, die aus zwei parallel angeordneten Textil schichten gebildet und mittels Filamenten miteinander verbunden sind, welche senkrecht zu den oben genannten Schichten verlaufen.
Diese dreidimensionalen Gewebe sind mit expandierten Harzen zu deren Verstärkung gefüllt worden, um deren Festigkeit vergleichbar mit derjenigen von Wabenstrukturen zu machen.
Die Anwendung solcher Gewebe gestaltet sich jedoch schwierig und weist eine bestimmte Anzahl von Nachteilen auf.
Erstens ist es nicht einfach, solche dreidimensionalen Gewebe mit expandierten Harzen zu füllen, weil die beiden Schichten, die deren äußere Oberfläche bilden, nicht in natürlicher Weise in gleichem Abstand zueinander verbleiben, wie dies erwünscht wäre, sondern sie müssen in dieser Position auf künstliche Weise festgehalten werden.
Zweitens können die genannten dreidimensionalen Gewebestücke nicht in Abgleich mit zylindrischen Oberflächen oder, sogar noch weniger, in Abgleich mit Doppelkrümmungen aufweisenden Oberflächen umgebogen werden, und zwar unter Beibehaltung der äußeren Schichten in gleichem Abstand zueinander.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, indem man Paneele vom Sandwich-Typ, ausgehend von dreidimensionalen Gewebeteilen, mittels eines Verfahrens bildet, welches es ermöglicht, die äußeren Schichten der genannten Paneele vollkommen parallel und in gleichem Abstand zueinander zu halten.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Sandwich-Paneelen der vorgenannten Art anzugeben, wodurch es bewerkstelligt wird, daß, dank des Einsatzes dreidimensionaler Gewebe, deren äußere Schichten aus Trikot- oder Strick-Textilware aufgebaut sind, die Paneele jede gewünschte Form anzunehmen vermögen, sei es, daß diese eine einzelne oder doppelte Krümmung aufweist, wobei die äußeren Schichten in gleichem Abstand zueinander bleiben.
Das beanspruchte Verfahren ist in den Ansprüchen zusammengefaßt und systematisch dargestellt. Weitere Merkmale und Vorteile des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung werden noch besser aus der folgenden Beschreibung einiger ihrer Ausgestaltungsformen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht, in denen:
Fig. 1 eine auseinandergelegte Ansicht eines Verbund- Elements gemäß der Erfindung darstellt, welches aus zwei Schichten einer Deck-Textilware und einem mittleren Kernstück eines dreidimensionalen Gewebes hergestellt ist, dessen Aussenschichten wiederum durch eine Schuß und Kett-Textilware gebildet sind,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines dreidimensionalen Gewebes ist, dessen Aussenschichten aus einer Trikot- oder Strick- Textilware hergestellt sind,
Fig. 3 als Diagramm eine Anlage zur Herstellung der Sandwich-Strukturen gemäß der vorliegenden Erfindung und
Fig. 4 in vergrößertem Maßstab die Form zur endgültigen Härtung der Paneele in der Anlage von Fig. 3 zeigen.
Bezüglich der Zeichnungen, und insbesondere bezüglich Fig. 1, bezeichnet Bezugsziffer 1 ein Stück eines dreidimensionalen Gewebes, das aus zwei äußeren parallelen Schichten 101 und 201 aus einer mit kreuz und quer verlaufenden Kett- und Schuß- Filamenten versehenen Textilware gebildet sind. Die genannten Schichten 101 und 201 sind durch eine Anzahl von Filamenten 301 miteinander verbunden, welche sich senkecht zur Schichtebene der Textilschichten 101 und 201 erstrecken. Die Bezugsziffern 2 und 3 bezeichnen blattförmige Stücke einer verstärkenden Textilware, die durch Klebehaftung mit den Schichten 101 und 201 verbunden werden sollen, um eine sehr Widerstands fähige Struktur zu bilden, wie später beschrieben wird.
In Fig. 2 ist ein dreidimensionales plattenförmiges Gewebestück 4 dargestellt, das dem Plattenstück 1 von Fig. 1 ähnelt. Allerdings sind die Schichten 104 und 204 der Platte 4 aus einer Strick- oder Trikot-Textilware hergestellt, und zwar aus Gründen, die später besser beschrieben werden. Die genannten Schichten 104 und 204 sind durch eine Vielzahl von Filamenten 304 in derselben Weise und aus denselben Gründen wie die Filamente 301 der Platte 1 miteinander verbunden.
In Fig. 3 ist eine Anlage zur Herstellung des Verbund-Paneels gemäß der Erfindung gezeigt.
Bezüglich Fig. 3 ist B1 eine Spule, aus der eine Plattenbahn 1 eines dreidimensionalen Gewebes abgespult wird, und B2 und B3 sind zwei Spulen, aus denen die verstärkenden Textilbahnen 2 und 3 abgespult werden. Sowohl die Bahn 1 als auch die Bahnen 2 und 3 können aus jedem geeigneten Material hergestellt sein, und es kann sich beispielsweise um ein Material aus einer Glasfasertextilie, Kohlenstoffasertextilie oder sogar um eine Textilie aus pflanzlichen Textilfasern handeln.
Die Bahnen 1, 2 und 3 werden zu einer Harzaufbringstation geführt, die die beiden gegeneinander gerichteten Aufbringzylinder 5, 5' sowie die Transferwalzen 6, 6' aufweist, welche in die Behälter 7, 7' getaucht sind, die flüssiges Harz 8 enthalten. Das so gebildete, mit Harz imprägnierte Sandwich S wird beispielsweise durch das Förderband 9 durch den Ofen 10 geführt, wo das Harz 8 vorgehärtet wird.
Das vorgehärtete, aber noch plastische Sandwich S, das aus dem Ofen 10 kommt, wird in einzelne Paneele P bei der Schneidestation T geschnitten, und die Paneele P werden den Formen 11 zugeführt, die am besten in Fig. 4 dargestellt sind.
Jede Form 11 ist mit Heizelementen (nicht gezeigt) ausgesattet und weist einen Form-Hohlraum 111 auf, welcher, im gezeigten Beispiel, in der Form eines rechteckigen prismatischen Hohlraums gestaltet ist, welcher aber auch wunschgemäß mit einzelnen oder doppelten Rundungen ausgestaltet sein könnte, und zwar gemäß der jeweiligen Bedürfnisse bzw. Erfordernisse, wie später noch erläutert wird.
Das Paneel P wird in den Formen-Hohlraum 111 eingebracht, um ihn vollständig auszufüllen. Bezugsziffer 12 bezeichnet eine Zufuhrleitung, die sich auf der Ebene der Filamente 301 des Textilstücks 1 öffnet. Durch die Leitung 12 wird ein geeignetes Expansionsfluid in den von den beiden Platten 101 und 201 umgrenzten Raum eingespritzt. Das genannte Fluid kann, gemäß den jeweiligen Erfordernissen, ein expandierbares Harz oder ein komprimiertes Fluid (komprimiertes Gas oder komprimierte Luft) oder auch eine Zusammensetzung sein, die dazu befähigt ist, ein unter Druck gesetztes Gas zu entwickeln, wenn die Form auf die Härtungstempertur des Harzes erhitzt wird, das vom Paneel S aufgesaugt wird. Dank der Tatsache, daß das Imprägnierharz bereits vorgehärtet war, sind die Textil-Schichten 101, 201, 2 und 3 für die Gase undurchlässig, so daß der im Innenraum des dreidimensionalen Gewebes sich entwickelnde Gasdruck die Textil-Schichten 2, 3 und 101, 201 gegen die Innenwände der Form drückt, so daß, wenn die Polymerisation des Harzes beendet ist, das Paneel P, das aus der Form 11 gezogen wird, den exakten Umriß der genannten Form aufweist und die Oberflächen 101 , 201 über die gesamte Oberfläche des Paneels hinweg in gleichem Abstand vorliegen.
Durch Einsatz des dreidimensionalen Gewebes 4 einer Textilware vom gestrickten Typ, anstatt des Gewebes 1, ist es möglich, auf das endgültige Paneel jede einzelne oder doppelte Rundung zu übertragen, und zwar durch einfache Anwendung einer geeignet gestalteten Form 11.
Bezüglich der Imprägnierharze ist es möglich, jedes thermoplastische oder wärmehärtbare Harz zu verwenden. Phenol- Harze sind besonders geeignet.
Obwohl die Verbund-Strukturen gemäß der Erfindung in der Form einer Schicht eines dreidimensionalen Gewebes 1 beschrieben worden sind, das mit zwei widerstandsfähigen äußeren Schichten 2 und 3 versehen ist, ist es offensichtlich, daß das Verbund- Paneel auch mit nur einer äußeren widerstandsfähigen Schicht oder ohne jede äußere widerstandsfähige Schicht ausgebildet sein kann, indem man die Funktion einer widerstandsfähigen Struktur auf die äußeren Schichten des in geeigneter Weise mit einem Harz imprägnierten dreidimensionalen Gewebes oder auf eine innere Füllung aus expandiertem Harz überträgt.
Indem man ferner die Dichte der Filamente in der zu den Schichten senkrechten Richtung variiert und diese gemäß einem vorfixierten Muster anordnet, ist es möglich, innerhalb des dreidimensionalen Gewebes hohle Durchgangswege für Kabel, Leitungen und dgl. zu bilden.
Indem man in die so gebildeten hohlen Durchgangswege vollkörperliche oder rohrförmige Stäbe aus metallischem oder plastischem Material, vor dem Einspritzen des expandierten Harzes, einführt, ist es möglich, im Verbund-Paneel Hohlräume oder Durchgangswege, nach Herausziehen (sobald die Polymerisation beendet ist) der vorher eingeführten Stäbe, im Falle von Vollkörperstäben, auszubilden, wogegen bei Einsatz rohrförmiger Stäbe dieselben auch im Inneren des Paneels verbleiben können.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Sandwich-Strukturen, die als Basiselement ein sogenanntes dreidimensionales Gewebe (1; 4) aufweisen, das durch zwei im wesentlichen parallele Platten (101, 201; 104, 204) einer Textilie gebildet ist, welche mittels Filamenten (301; 304) miteinander verbunden sind, die senkrecht zu den Lageebenen der genannten Textil-Platten (101, 201; 104, 204) angeordnet sind, wobei man:

(a) das genannte Gewebe (1; 4) mit einem thermoplastischen oder wärmehärtbaren Harz imprägniert,

(b) das genannte Harz partiell härtet oder aushärtet,

(c) das Gewebe mit dem teilgehärteten Harz in eine Form (11) einbringt,

(d) in die Form (11) zwischen die beiden Platten (101, 201; 104, 204) des dreidimensionalen Gewebes ein fließfähiges Expansionsmedium einspritzt und

(e) die Härtung oder Aushärtung des genannten Harzes vervollständigt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Textil-Platten (104, 204) des dreidimensionalen Gewebes (4) aus Strick- oder Trikot-Textilware hergestellt sind.

3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das fließfähige Expansionsmedium durch ein expandierbares Harz gebildet ist.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte fließfähige Expansionsmedium ein komprimiertes Gas ist.

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in das dreidimensionale Gewebe (1; 4) eine Verbindung eingebracht wird, die dazu befähigt ist, ein fließfähiges Expansionsmedium bei den Härtungs- oder Aushärtungstemperaturen des Harzes freizusetzen oder zu erzeugen.

6. Verfahren gemäß jedem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder zwei äußere Schichten (2; 3) einer mit Harz imprägnierten Textilie mit dem genannten Basiselement (1; 4) auf einer oder beiden seiner Aussenseiten verbunden sind.

7. Verfahren gemäß jedem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in das Innere des Basiselements (1; 4) vollkörperliche oder rohrförmige Kerne vor seiner Einführung in die Form (11) eingebracht sind.

8. Sandwich-Struktur, erhältlich durch das Verfahren gemäß jedem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend:

eine Platte eines dreidimensionalen Gewebes (1; 4), die durch zwei im wesentlichen parallele Platten (101, 201; 104, 204) einer Textilie gebildet ist, welche mittels Filamenten (301, 304) miteinander verbunden sind, die senkrecht zu den Lageebenen der genannten Textil-Platten (101, 201; 104, 204) angeordnet sind,

wobei das genannte dreidimensionale Gewebe (1; 4) mit einem gehärteten oder ausgehärteten Harz imprägniert ist, welches aus thermoplastischen oder wärmehärtbaren Harzen ausgewählt ist, und wobei ein fließfähiges Expansionmedium zwischen die genannten Textil-Platten (101, 201; 104, 204) des genannten dreidimensionalen Gewebes (1; 4) eingespritzt wird.

9. Struktur gemäß Anspruch 8, welche ferner eine oder zwei äußere Platten (2, 3) aus einer verstärkenden Textilie aufweist.

10. Struktur gemäß Anspruch 8 oder 9, worin die genannten Textil-Platten (1, 4; 2, 3) aus Mineralfasern, wie z.B. Glasfasern, oder aus Fasern aus Kunststoffmaterial, aus Kohlenstoffasern, Aramidfasern, pflanzlichen Textilfasern oder dgl. hergestellt sind.