NL8801244A

NL8801244A - METHOD FOR FORMING FIBER REINFORCED ARTICLES

Info

Publication number: NL8801244A
Application number: NL8801244A
Authority: NL
Original assignee: Tno
Priority date: 1988-05-11
Filing date: 1988-05-11
Publication date: 1989-12-01
Also published as: WO1989010833A1

Description

*'' 4 «r N.0. 35036 1 ** '' 4 «r N.0. 35036 1 *

Werkwijze voor het vormen van vezelversterkte voorwerpenMethod for forming fiber-reinforced objects

Aanvraagster noemt als uitvinders: Ir Louis van RijnApplicant mentions as inventors: Ir Louis van Rijn

Dr-Ir. Jan van Turnhout 5Dr-Ir. Jan van Turnhout 5

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van vezelversterkte voorwerpen, waarbij een aantal lagen vezelmateriaal in een mal wordt gebracht, met hars wordt geïmpreg-10 neerd en de hars wordt verhard. De daarbij gebruikte hars kan bijvoorbeeld, epoxyhars, polyesterhars of vinylesterhars zijn danwel een siliconenhars of polyurethaanhars. De eerste drie harsen leveren bij het verharden een hard produkt en de laatste twee een flexibel rubberhars-produkt. Het daarbij gebruikte vezelmateriaal kan een mat, weefsel of 15 breisel zijn bestaande uit vezels van glas, kunststof, metaal of een combinatie van dergelijke vezels.The present invention relates to a method of manufacturing fiber-reinforced articles, in which a number of layers of fiber material are molded, impregnated with resin and the resin is hardened. The resin used therein can be, for example, epoxy resin, polyester resin or vinyl ester resin, or a silicone resin or polyurethane resin. The first three resins yield a hard product upon curing and the last two a flexible rubber resin product. The fiber material used therein can be a mat, fabric or knit consisting of fibers of glass, plastic, metal or a combination of such fibers.

Een dergelijke werkwijze is bekend. De vezellagen worden daarbij volgens een eerste mogelijkheid bijvoorbeeld telkens apart bestreken met vloeibare hars. Het zo verkregen produkt bestaat derhalve uit een hars-20 matrix waarin de lagen vezelmateriaal zijn ingebed.Such a method is known. The fiber layers are, according to a first possibility, for instance each time separately covered with liquid resin. The product thus obtained therefore consists of a resin matrix in which the layers of fiber material are embedded.

Volgens een andere mogelijkheid worden de lagen op een mal onder een luchtdichte folie gelegd, waarna de ruimte tussen mal en folie gedeeltelijk vacuum wordt gezogen en hars in die ruimte wordt toegelaten ("resin transfer moulding"). De hars kan daarbij ook met een overdruk in 25 de vacuum gezogen ruimte worden gespoten; de sterkte (dikte) Van de folie moet daarbij natuurlijk aangepast worden. De gesloten werkwijze heeft als voordeel dat hij schoner, milieuvriendelijker en minder arbeidsintensief is; bovendien levert hij betere produkten op doordat de vorming van luchtinsluitsels bij het impregneren vermeden wordt.Alternatively, the layers are placed on a mold under an airtight foil, after which the space between mold and foil is partially vacuumed and resin is admitted into that space ("resin transfer molding"). The resin can also be injected into the vacuum-sucked space with an overpressure; the strength (thickness) of the film must of course be adjusted. The closed method has the advantage that it is cleaner, more environmentally friendly and less labor intensive; moreover, it produces better products by avoiding the formation of air inclusions during impregnation.

30 Voor bepaalde toepassingen is het wenselijk tussen de lagen vezel materiaal een schuimkern aan te brengen. Een dergelijke sandwich-constructie bezit namelijk een grotere buigstijfheid, terwijl het gewicht hetzelfde is als dat van het hiervoorgenoemde produkt. Getracht is om daartoe blokken schuimmateriaal tussen de lagen te plaatsen, voordat 35 zij met hars geïmpregneerd worden. Daarbij is echter het gevaar groot dat ondanks het opwekken van onderdruk, de lagen vezelmateriaal toch niet goed geïmpregneerd worden, zodat luchtinsluitsels in de hars zouden kunnen ontstaan. Eén en ander wordt veroorzaakt door het feit dat het oppervlak van het schuimmateriaal niet volledig vlak is, waardoor dikte-40 verschillen ontstaan in de ruimte waar zich het vezelmateriaal bevindt.For certain applications it is desirable to provide a foam core between the layers of fiber material. Namely, such a sandwich construction has a greater bending stiffness, while the weight is the same as that of the aforementioned product. To this end, attempts have been made to place blocks of foam material between the layers before they are impregnated with resin. However, there is a great risk that, despite the generation of underpressure, the layers of fiber material are still impregnated improperly, so that air inclusions could occur in the resin. All this is caused by the fact that the surface of the foam material is not completely flat, which results in thickness differences in the space where the fiber material is located.

'. 880 124 4 9 '4 2". 880 124 4 9 '4 2

De loopsnelheid van de hars zal daardoor aanzienlijk variëren in die ruimte, met als gevolg dat zich luchtinsluitsels (tongen) vormen. Nadeel is verder dat het op maat snijden en plaatsen van de schuimblokken arbeidsintensief is. Ten slotte is een nadeel dat de schuimblokken en het 5 vezelmateriaal op de grensvlakken niet goed hechten, zodat delaminatie kan optreden.As a result, the running speed of the resin will vary considerably in that space, with the result that air inclusions (tongues) are formed. Another drawback is that cutting and placing the foam blocks to size is labor-intensive. Finally, a drawback is that the foam blocks and the fiber material on the interfaces do not adhere well, so that delamination can occur.

Doel van de uitvinding is derhalve een werkwijze van het in de aanhef genoemde soort te verschaffen waarmee in een arbeidsgang ook vezel-versterkte produkten met een schuimkern kunnen worden vervaardigd.The object of the invention is therefore to provide a method of the type mentioned in the preamble with which fiber-reinforced products with a foam core can also be manufactured in one operation.

10 Dit wordt bereikt doordat na het impregneren het volume van de hars vergroot wordt, waarbij de vezellaag of -lagen weggeduwd wordt (worden) naar de buitenzijde van het harslichaam.This is achieved in that after impregnation the volume of the resin is increased, the fiber layer or layers being pushed away to the outside of the resin body.

Er kunnen ëên of meer lagen vezelmateriaal worden toegepast. In het eerste geval wordt het volume van de zich tussen de vezellaag en het 15 maloppervlak bevindende hars vergroot. Bij voorkeur worden echter ten minste twee lagen vezelmateriaal toegepast; in dat geval wordt het volume van de hars tussen de lagen in vergroot. Op deze manier wordt een produkt verkregen met een schuimkern die aan weerszijden is omgeven door daarin ingebedde vezellagen, welk produkt licht en buigstijf is, terwijl 20 alle delen goed aan elkaar hechten.One or more layers of fiber material can be used. In the first case, the volume of the resin located between the fiber layer and the mold surface is increased. Preferably, however, at least two layers of fiber material are used; in that case, the volume of the resin in between the layers is increased. In this way a product is obtained with a foam core which is surrounded on both sides by fiber layers embedded therein, which product is light and bend-resistant, while all parts adhere well to each other.

Volgens een eerste voorkeurswerkwijze is voorzien dat het volume van de hars vergroot wordt door de hars tot schuimen te brengen, waarbij de viscositeit en oppervlakte spanning van de hars en de porositeit van het vezelmateriaal zodanig zijn, dat de met hars geïmpregneerde lagen 25 niet doordringbaar zijn voor de schuimende hars. In verband met het tot schuimen brengen van de hars kunnen de daarvoor geschikte bekende middelen worden gebruikt·According to a first preferred method, it is provided that the volume of the resin is increased by foaming the resin, the viscosity and surface tension of the resin and the porosity of the fiber material being such that the resin impregnated layers 25 are not permeable. for the foaming resin. In connection with foaming the resin, the appropriate known means can be used therefor

Volgens een tweede voorkeursmogelijkheid is voorzien dat het volume van de hars vergroot wordt door een met een vulmiddel gevulde hars te 30 toe voeren tussen de lagen vezelmateriaal. Het vulmiddel kan bijvoorbeeld bestaan uit holle of expandeerbare bolletjes. Ook hierbij kunnen op zich bekende middelen worden gebruikt ter vorming van dergelijke holle of expandeerbare bolletjes. Ook kunnen andere vulmiddelen worden toegepast, bijvoorbeeld houtmeel, kwartsmeel e.d.. Verder kunnen korte ve-35 zeis als vulmiddel worden gebruikt. Dergelijke vezels verhogen de sterkte van het gerede produkt. Ook kunnen elastomere deeltjes worden gebruikt als vulmiddel, het gerede produkt is dan stootvaster.According to a second preferred possibility, it is envisaged that the volume of the resin is increased by feeding a resin filled with a filler between the layers of fiber material. The filler may, for example, consist of hollow or expandable spheres. Also known per se here can be used for forming such hollow or expandable spheres. Other fillers can also be used, for instance wood flour, quartz flour, etc. Furthermore, short fibers can be used as filler. Such fibers increase the strength of the finished product. Elastomeric particles can also be used as filler, the finished product being more impact resistant.

Volgens een bekende werkwijze is voorzien dat op het pakket bestaande uit de lagen vezelmateriaal een luchtdichte folie wordt aange-40 bracht, de folie aan de randen luchtdicht wordt afgesloten, de ruimte .8801244 « 3 tussen folie en mal gedeeltelijk vacuum wordt gezogen, en de hars in die ruimte wordt toegelaten ten einde het vezelmateriaal te impregneren.According to a known method it is provided that an airtight foil is applied to the package consisting of the layers of fiber material, the foil is sealed airtight at the edges, the space between the foil and mold is partially vacuumed, and the resin is allowed in that space in order to impregnate the fiber material.

Bij het uit elkaar drukken van de lagen vezelmateriaal moet derhalve de folie meebewegen. Volgens de uitvinding wordt dit bereikt doordat 5 de folie met een zodanige overmaat wordt aangebracht, dat de folie tijdens het schuimen over de vereiste afstand kan meebewegen met de vellen vezelmateriaal bij het uit elkaar duwen daarvan. Indien daarbij een rekbare folie wordt toegepast, is na het verharden van de geschuimde hars een regelmatig, glad oppervlak verkregen.When the layers of fiber material are pressed apart, the foil must therefore move with it. According to the invention this is achieved in that the foil is applied with an excess such that during foaming the foil can move along the required distance with the sheets of fiber material when it is pushed apart. If a stretchable film is used thereby, a regular, smooth surface is obtained after the foamed resin has hardened.

10 Bekend is ook een aan twee oppervlakken gevormd produkt te vervaar digen door het produkt te vormen in een door twee malhelften ingesloten vormholte. Volgens de uitvinding kan nu ook een gelaagd produkt met schuimkern aan twee oppervlakken worden gevormd doordat de bovenste laag vezelmateriaal omhooggedrukt wordt tot hij tegen de bovenste vormhelft 15 aanligt. De malhelften kunnen daarbij verschillende vormen bezitten.It is also known to produce a product formed on two surfaces by forming the product in a mold cavity enclosed by two mold halves. According to the invention, a layered product with foam core can now also be formed on two surfaces by pressing the top layer of fiber material upwards until it lies against the top mold half. The mold halves can have different shapes.

Eventuele dikteverschillen In het produkt worden daarbij gecompenseerd door de gelijkmatige verdeling van het zich vormende harsschuim tussen de uiteengedrukte lagen vezelmateriaal. Het is derhalve eenvoudig om produkten met een verlopende stijfheid te vormen, bijvoorbeeld met ver-20 zwakkingszones in de vorm van gebieden met een kleinere dikte, of met versterkingszones in de vorm van ribben. Over het algemeen zal bij dergelijke verschillend gevormde malheften de ene langs het maloppervlak een grotere lengte in doorsnede bezitten dan de andere. Bij voorkeur is daarbij de onderste malhelft diegene met de in doorsnede kleinste leng-25 te. Daardoor is hij verhoudingsgewijze plat, hetgeen het inleggen van de lagen vezelmateriaal vergemakkelijkt.Any thickness differences in the product are thereby compensated for by the uniform distribution of the resin foam that forms between the compressed layers of fiber material. It is therefore simple to form products of varying stiffness, for example, with weakening zones in the form of areas of smaller thickness, or with reinforcing zones in the form of ribs. Generally, with such differently shaped mold handles, one will have a greater cross-section length along the mold surface than the other. Preferably, the lower mold half is the one with the smallest cross-section. As a result, it is relatively flat, which facilitates the insertion of the layers of fiber material.

Volgens de uitvinding kan nu ook een voorwerp met verschillend gevormde oppervlakken worden vervaardigd doordat de bovenste laag vezelmateriaal geplooid wordt aangebracht, zodanig dat daar waar het bovenste 30 profiel een grotere lengte bezit dan het onderste profiel, zich een plooi in de bovenste vezellaag bevindt met een zodanige overmaat materiaal ten opzichte van de onderste vezellaag dat na omhoogduwen van de bovenste vezellaag deze zonder plooien aanligt tegen het bovenste profiel.According to the invention, an object with differently shaped surfaces can now also be manufactured in that the top layer of fiber material is applied in a crimped manner, such that where the top profile has a longer length than the bottom profile, there is a pleat in the top fiber layer with a such an excess of material relative to the bottom fiber layer that after pushing the top fiber layer upwards it abuts against the top profile without folds.

35 Het opschuimen moet direct na het impregneren geschieden, aangezien anders de hars niet voldoende vloeibaar meer zou zijn voor het uit elkaar duwen van de lagen vezelmateriaal.The foaming must take place immediately after the impregnation, since otherwise the resin would no longer be sufficiently liquid for pushing the layers of fiber material apart.

Volgens de uitvinding wordt daarbij zo te werk gegaan, dat de hars vermengd met schuimmiddel wordt ingespoten.According to the invention, the procedure is such that the resin is injected mixed with foaming agent.

40 Denkbaar is echter ook, dat voor het impregneren eerst een hars .8801244 ♦ 4 zonder schuimmiddel, en vervolgens een hars met schuimmiddel wordt ingébracht. Beide harsen kunnen verschillen, doch ook dezelfde zijn. Bijvoorbeeld kan voor de buitenkant epoxyhars en voor de kern een harde poly urethaanhars gebruikt worden.40 It is also conceivable, however, that for the impregnation first a resin .8801244 ♦ 4 without foaming agent is introduced, and then a resin with foaming agent is introduced. Both resins can be different, but can also be the same. For example, epoxy resin can be used for the outside and a hard polyurethane resin for the core.

5 Vervolgens zal aan de hand van enkele uitvoeringsvoorbeelden de uitvinding verder worden beschreven.The invention will be further described below with reference to a few exemplary embodiments.

Fig. 1 toont een mal tijdens een eerste fase van de werkwijze.Fig. 1 shows a mold during a first phase of the process.

Fig. 2 toont de mal van fig. 1 tijdens een tweede fase.Fig. 2 shows the mold of FIG. 1 during a second phase.

Fig. 3 toont de mal van fig. 1 tijdens een derde fase.Fig. 3 shows the mold of FIG. 1 during a third phase.

10 Fig. 4 toont een tweede mal voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding, voor het opschuimen.FIG. 4 shows a second mold for carrying out the method according to the invention, for foaming.

Fig. 5 toont de mal van fig. 4, na het opschuimen.Fig. 5 shows the mold of FIG. 4 after frothing.

De in fig. 1 getoonde mal bestaat uit een onderste helft 1 en een bovenste helft 2. In de onderste helft 1 is een aantal lagen vezelmate- 15 riaal 3 gelegd, afgedekt door een folie 4. Aan zijn randen is de folie 4 afdichtend ingeklemd tussen de randen van de malhelften 1, 2. Bij de aansluiting 5 wordt de ruimte tussen de folie 4 en de malhelft 1 gedeeltelijk vacuüm gezogen, waarna bij de aansluiting 6 hars wordt ingespoten.The mold shown in fig. 1 consists of a bottom half 1 and a top half 2. In the bottom half 1 a number of layers of fiber material 3 are placed, covered by a foil 4. The foil 4 is clamped sealingly at its edges between the edges of the mold halves 1, 2. At the connection 5, the space between the foil 4 and the mold half 1 is partially evacuated, after which resin is injected at the connection 6.

20 In fig. 2 is getoond hoe het harsfront 7 zich uitbreidt door het pakket vezellagen 3. Wanneer het gehele pakket is geïmpregneerd, wordt via het injectiepunt 8 een schuimmiddel in de hars tussen de lagen ve-zelmateriaal gespoten.Fig. 2 shows how the resin front 7 expands through the package of fiber layers 3. When the entire package has been impregnated, a foaming agent is injected into the resin between the layers of fiber material via the injection point 8.

Zoals afgebeeld in fig. 3 wordt daardoor de bovenste laag vezel- 25 materiaal 3 samen met de folie 4 omhooggeduwd tegen de bovenste malhelft 2 aan. Via de ontluchting 9 kan daarbij de lucht boven de folie 4 ontwijken. Dankzij de overmaat materiaal aan de randen van de folie 4 kan deze de opwaartse beweging zonder problemen volgen. Met 14 is de gevormde laag schuimvormige hars aangeduid.As shown in Fig. 3, the top layer of fiber material 3 is hereby pushed up together with the foil 4 against the top mold half 2. The air above the foil 4 can thereby escape via the vent 9. Thanks to the excess material at the edges of the foil 4, it can follow the upward movement without problems. 14 denotes the layer of foamed resin formed.

30 In fig. 4 is een tweede mal getoond, waarbij de vorm van de boven ste malhelft afwijkt van die van de onderste. Ter plaatse van elke uitsparing 10 in de bovenste malhelft 2 zijn zowel de folie 4 alsmede de bovenste laag vezelmateriaal 3 voorzien van een plooi 11 respectievelijk 12. Daardoor kan bij het opschuimen de in fig. 5 afgebeelde vorm worden 35 verkregen, waarbij ter plaatse van elke uitsparing 10 door de plooien 11, 12 de uitsteeksels 13 worden gevormd. Na het opschuimen liggen de folie 4 en de bovenste laag vezelmateriaal 3 glad aan tegen de bovenste malhelft 2.In Fig. 4, a second mold is shown, the shape of the top mold half differing from that of the bottom one. At the location of each recess 10 in the top mold half 2, both the foil 4 and the top layer of fiber material 3 are provided with a pleat 11 and 12. As a result, the shape shown in Fig. 5 can be obtained during foaming, whereby at the location of each recess 10 is formed by the pleats 11, 12 and the projections 13. After foaming, the foil 4 and the top layer of fiber material 3 lie smoothly against the top mold half 2.

40 .880124440 .8801244

Claims

1. A method of manufacturing fiber-reinforced articles, wherein a number of layers of fiber material are molded, impregnated with resin and the resin is hardened, characterized in that after impregnation but before hardening, the volume of the resin enlarged, the fiber layer or layers being pushed away to the outside of the resin body.

2. A method according to claim 1, wherein at least two layers of fiber material are used, characterized in that the volume of the resin between the layers is increased.

3. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the volume of the resin is increased by foaming the resin, wherein the viscosity and surface tension of the resin and the porosity of the fiber material are such that the resin impregnated layers are impervious to the foaming resin.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the volume of the resin is increased by feeding a resin filled with a filler between the layers of fiber material.

Method according to claim 4, characterized in that the filler consists of hollow or expandable spheres.

A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the resin is mixed with short fibers.

7. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the resin is mixed with elastomeric particles.

8. A method according to any one of the preceding claims, wherein an airtight foil is applied to the package consisting of the layers of fiber material, the foil is hermetically sealed at the edges, the space between foil and mold is partially vacuumed, and the resin is this space is allowed for the impregnation of the fiber material, characterized in that the film is applied in such an excess that the film can move along the required distance with the layers of fiber material during the increase in the volume of the resin. pushing that.

A method according to any one of the preceding claims, wherein the layers of fiber material are arranged in a closed mold cavity between two mold halves, characterized in that the top layer of fiber material is pushed upwards until it rests against the top mold half.

10. Method as claimed in any of the claims 1-7, wherein in top section the top mold half has a profile with a longer length, measured along the mold surface, than the bottom mold half, characterized in that the top layer fiber material is pleated, such that where the upper profile has a greater length than the lower profile, there is a pleat in the upper fiber layer 5 with such an excess of material relative to the lower fiber layer that after pushing up the upper fiber layer it is without folds against the top profile.

A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the resin is injected mixed with foaming agent.

Method according to any one of the preceding claims, characterized in that first a resin without foaming agent is introduced, and subsequently resin with foaming agent is introduced. • 8801244