DE3784516T2

DE3784516T2 - Verfahren zum herstellen von formteilen.

Info

Publication number: DE3784516T2
Application number: DE87907172T
Authority: DE
Inventors: Wilcox Farley; Charles Twilley
Original assignee: AlliedSignal Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 1987-02-09
Filing date: 1987-09-24
Publication date: 1993-09-30
Anticipated expiration: 2007-09-25
Also published as: EP0334851B1; JPH01503472A; ES2006306A6; BR8707967A; WO1988005838A1; DE3784516D1; US4869855A; CA1287719C; JPH0359193B2; EP0334851A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines geformten Gegenstandes bzw. eines Formteiles zur Verwendung beispielsweise als ein Filter oder als ein Vorformling für Harzimprägnierung, um einen strukturellen Verbundteil zu bilden.
In dem US-Patent 4,195,112 ist ein Verfahren beschrieben zum Formen einer nicht gewebten Matte, die aus Strukturfasern gebildet ist. Bei diesem Verfahren wird die zu formende Matte teilweise durch Wärme gebunden in diskreten Teilen, die über die Mattenstruktur verteilt sind. Durch ein solches teilweises Binden kann die Matte gehandhabt werden, ohne daß sie auseinanderfällt, wobei sie jedoch gleichzeitig ausreichend biegsam oder flexibel bleibt, um ein Formen zu einer gewünschten Gestalt zu ermöglichen. Jedoch kann das Formen einer verhältnismäßig dicken Matte zu einer komplexen Gestalt einen Nachteil darstellen, weil selbst mit einem solchen in Abständen erfolgenden Binden in der gesamten Matte ein Bestreben vorhanden ist, daß die Matte sich wölbt, wenn sie geformt wird.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines geformten Gegenstandes bzw. eines Formteiles zu schaffen unter Verwendung einer nicht gewebten Matte, wobei jedoch der obengenannte Nachteil verringert oder beseitigt ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren geschaffen zum Herstellen eines Formteiles bzw. geformten Gegenstandes, umfassend die Schritte des Bildens einer nichtgewebten Matte aus Strukturfasern und einem thermoplastischen Bindermaterial, und des darauffolgenden Formens der Matte zu der gewünschten Gestalt, während bewirkt wird, daß das Bindermaterial innerhalb der Matte die Strukturfasern in der Matte aneinander bindet, dadurch gekennzeichnet, daß beim Formen der Matte vor der Formung das Bindermaterial an der Oberfläche der Matte erweicht wird, während das Bindermaterial, welches von der Oberfläche der Matte entfernt ist, in seinem unerweichten Zustand gehalten wird, so daß das erweichte Bindermaterial an der Oberfläche der Matte die Strukturfasern an der Oberfläche der Matte wenigstens teilweise bindet, während die Strukturfasern im Abstand von der Oberfläche der Matte ungebunden bleiben.
Es ist gefunden worden, daß eine Matte hergestellt werden kann, die stabil ist und dennoch ohne Auswölben oder dergleichen zu komplexen oder komplizierten Gestalten geformt werden kann. Dies wird bewirkt dadurch, daß lediglich die Oberfläche der Matte erhitzt wird, so daß das Bindermaterial an der Oberfläche die Fasern an der Oberfläche zusammenschmilzt oder bindet. Das Bindermaterial im Inneren der Matte wird nicht über die Temperatur erhitzt, bei welcher das Bindermaterial klebrig wird. Dementsprechend bleiben die von den Oberflächen der Matte im Abstand befindlichen Fasern ungebunden. Demgemäß ist das Äußere der Matte mit einer Haut versehen bzw. "skinned", was bedeutet, daß eine relativ Stabile "Haut" an der Oberfläche der Matte gebildet worden ist, um die Oberfläche zu konsolidieren, wodurch die Matte stabilisiert wird, um eine Handhabung zu ermöglichen. Andererseits sind die Fasern im Inneren der Matte nicht gebunden und demgemäß bleiben diese Fasern biegbar und faltbar und können bequem geformt werden.
Die beschriebenen sowie andere Merkmale der Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ersichtlich, in denen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht ist, die schematisch eine Maschine zeigt zum Bilden einer nicht gewebten Matte im Luftstrom.
Fig. 2 ist eine Ansicht der Fördererlinie oder Fördererstraße, welche die durch die Maschine gemäß Fig. 1 gebildete Matte behandelt, wenn sie von der Maschine abgenommen wird.
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht einer schematischen Darstellung einer Konturform, die dazu verwendet wird, die durch die Maschine gemäß Fig. 1 gebildete Matte zu einer Vorformlingsgestalt zu bilden.
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht einer schematischen Darstellung einer Kompressionsform, und
Fig. 5 ist eine schaubildliche Ansicht eines Gegenstandes, der mit dem Verfahren hergestellt ist, welches in den Fig. 1 bis 4 erläutert ist.
Gemäß Fig. 1 der Zeichnung ist eine Maschine zum Bilden einer nicht gewebten Matte in einem Luftstrom allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet und sie ist von der Art, die in dem US-Patent 3,918,126 allgemein dargestellt ist. Die Maschine 10 weist einen Zuführmechanismus auf, der allgemein mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet ist, sowie einen Bahn- bzw. Bandbildungsmechanismus, der allgemein mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnet ist.
Der Zuführmechanismus 12 umfaßt ein Gehäuse 16, welches einen verhältnismäßig großen Trichter 18 umschließt, welcher die Fasern erhält, aus denen das Band oder die Matte herzustellen ist. Selbstverständlich werden die Fasern zuerst geöffnet und in üblicher Weise gemischt, bevor sie in dem Trichter 18 angeordnet werden. Das Fasergemisch umfaßt Strukturstapelfasern, wie beispielsweise geringelte oder nicht geringelte Glasfasern, Graphitfasern und/oder Polyesterfasern hoher Festigkeit. Weiterhin sind thermoplastische Fasern vorhanden, wenn die Matte nicht mit einem thermoplastischen Material verharzt werden soll. Bei der bevorzugten Ausführungsform bestehen die Fasern in dem Trichter 18 aus 52,5% geringelten Glasfasern, die im Handel verfügbar sind von der Owens-Corning Fiberglass Corporation, aus 17,5% Compet®-Polyesterfasern, die im Handel verfügbar sind von der Allied Corporation, und aus 30% einer thermoplastischen Binderfaser, die als Vinyon® bekannt und im Handel verfügbar sind von der Cellanese Corporation, oder aus Polyesterfasern beispielsweise Dacron®, die im Handel verfügbar sind von der DuPont Corporation, oder Kodel®-Fasern, die im Handel verfügbar sind von der Eastman Kodak Company. Die gemischten Fasern sind mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet. Ein Förderband 22 ist an Rollen 24 angebracht, die in dem Trichter 18 angeordnet sind und die durch eine zweckentsprechende
Energiequelle (nicht dargestellt) in Richtung der Pfeile gedreht werden, um die Fasern 20 gemäß Fig. 1 nach rechts in Richtung gegen eine Hebeschürze bzw. ein Hebeförderband zu bewegen, welches allgemein mit dem Bezugszeichen 26 bezeichnet ist. Der Hebeförderer 26 ist an Rollen 28 angebracht, die in dem Trichter angeordnet sind, und er ist mit länglichen Spikes oder Stiften 30 versehen, die sich von ihm erstrecken. Die Rollen werden durch eine Energiequelle derart betrieben, daß die Fasern gemäß Fig. 1 nach oben bewegt werden. Ein Stripperförderer oder Abstreifförderer 32 ist mit Spikes oder Stiften 34 versehen und läuft um Rollen 36, die ebenfalls von einer Energiequelle betrieben werden. Eine Energiequelle 38 betätigt ein Gebläse 40, welches Luft durch einen Kanal 42 zieht, der zwischen dem Abstreifförderer 32 und der oberen Wand des Gehäuses 16 bestimmt ist, und zwar allgemein in Richtung des Pfeiles A. Der bemessene oder dosierte Luftstrom durch den Kanal 42 entfernt eine vorbestimmte Menge der Fasern 20 von dem Hebeförderer 26. Die verbleibenden Fasern werden durch einen Kanal 46 zu dem Trichter zurückgeführt, wobei der Kanal zwischen dem Hebeförderer 26 und der entsprechenden Wand des Gehäuses 16 gebildet ist. Der bemessene Luftstrom, der durch den Pfeil A angezeigt ist, zwingt die Fasern in einen Kanal 44, der zwischen der oberen Kante des Hebeförderers 26 und der entsprechenden Wand des Gehäuses 16 gebildet ist.
Die Fasern werden dann zu einer Zuführmatte 47 konsolidiert, und zwar durch die Luft, die durch den Kanal 42 und den Kanal 44 strömt. Dieser Luftstrom tritt in einen zylindrischen porösen Verdichtungsschirm 48 ein, der in Richtung des Pfeiles B gedreht wird, und zwar durch eine zweckentsprechende Energiequelle (nicht dargestellt). Der Luftstrom wird durch ein Kanalnetz, welches allgemein mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnet ist, zurück zu dem Gebläse 40 geführt. Der Drehschirm 48 drückt die Zuführmatte 47 durch Zusammenarbeiten mit Zuführrollen 52 zusammen, die mit mechanischen Rollen 54 zusammenarbeiten, um die Zuführmatte in Richtung gegen den Mattenbildungsmechanismus vorzubewegen, der allgemein mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnet ist. Die Fasern werden dann von einer Nasenstange 58 weggebürstet, die an einem Gehäuse 60 getragen ist, welches einen Teil des Bandbildungsmechanismus 14 bildet, und zwar mittels einer Kratzenwalze, die allgemein mit dem Bezugszeichen 62 bezeichnet ist. Die Kratzenwalze 62 ist mit einer gezahnten Oberfläche versehen, welche Spikes, Stifte oder Zähne 64 über die gesamte Breite und rund um den Umfang der Kratzenwalze 62 bildet. Die Kratzenwalze 62 wird für Drehung mit Energie versorgt, wie sie durch den Pfeil C dargestellt ist.
Die Fasern werden von der Kratzenwalze 62 durch Zentrifugalkräfte abgenommen, die durch die Drehgeschwindigkeit der Kratzenwalze 62 erzeugt sind, und auch durch einen Luftstrom, der durch ein Gebläse 66 geschaffen ist. Das Gebläse 66 bläst Luft in eine Kammer 68, die in dem Gehäuse 60 gebildet ist, und die Luft wird durch einen Kanal 70 und in einen Kanal 72 geführt, der zwischen einem Säbelelement 74 und der Kratzenwalze 62 gebildet ist. Die gemischten Fasern werden von der Kratzenwalze entfernt und mittels des Luftstromes durch einen Kanal 75 zu einem porösen Förderer gefördert, der allgemein mit dem Bezugszeichen 76 bezeichnet ist. Der Einlaß des Gebläses 66 ist mit einer Kammer 77 verbunden, die in dem Gehäuse 60 gebildet ist und ihrerseits mit dem Kanal 75 über den porösen Förderer 76 in Verbindung steht. Der poröse Förderer 76 umfaßt ein poröses Band 78, welches auf Rollen 80 angebracht ist, die das Band in der Richtung bewegen, die durch den Pfeil D angegeben ist. Da das Band 78 porös ist und eine Luftströmung durch es hindurch ermöglicht, kann das Gebläse 66 Luft durch den Kanal 72, den Kanal 74, die Kammern 77 und 68 und den Kanal 70 hindurch zirkulieren lassen. Demgemäß werden die Fasern von der Kratzenwalze 62 abgenommen und durch den Kanal 74 geblasen und an einem Teil 82 des porösen Bandes 78 verdichtet, um eine nicht gewebte Matte zu bilden. Da das poröse Band 78 rund um die Rollen 80 gedreht wird, tritt die Matte eventuell aus dem Teil des Bandes aus, der durch den Kanal 74 abgedeckt ist.
Die Drehgeschwindigkeit der Kratzenwalze 62 und die Menge an Luft, die durch das Gebläse 66 gepumpt oder geliefert wird, können in üblicher Weise eingestellt werden, um das Gewicht der Matte einzustellen, die von der Bandbildungsmaschine 10 gebildet wird. Obwohl Matten geringeren Gewichts annehmbar sind, bevorzugt die Erfindung, daß relativ schwere Matten eines Gewichtes von beispielsweise vier Unzen je Quadratyard oder höher bevorzugt werden, weil Matten dieses Gewichtes eine ausreichende Menge an Faserverstärkung für das Strukturverbundmaterial schaffen, welches herzustellen ist, wie es nachstehend beschrieben wird. Es ist weiterhin wichtig, daß die Fasern, welche die Matte bilden und welche zufolge des Blasens durch den Kanal 74 hindurch willkürlich angeordnet sind, ausreichend lang sind, so daß sie einander mehrfach kreuzen, wodurch relative Anziehungskräfte zwischen den Fasern geschaffen werden, so daß jede Faser andere Fasern in ihrer Lage halten kann. Es wird bevorzugt, daß Fasern einer Länge von wenigstens 2,54 cm (1 Zoll) verwendet werden, da Tests gezeigt haben, daß Fasern dieser Länge mit anderen Fasern in der Matte im Durchschnitt dreimal in Eingriff treten, so daß die Anzahl der Eingriffe mit anderen Fasern geschaffen ist, die notwendig ist, um eine zufriedenstellende Matte zu bilden. Fasern kürzerer Länge können verwendet werden, jedoch treten sie selbstverständlich mit anderen Fasern durchschnittlich wenigere Male in Eingriff, so daß eine Matte mit geringerer Integrität geschaffen wird.
Wie oben diskutiert, besteht ein wichtiges Merkmal der Erfindung darin, daß Strukturverbundteile, die aus den hergestellten Matten gebildet sind, Festigkeit in allen drei Raumdimensionen haben können. Die Festigkeit ist geschaffen durch die Verstärkung, die durch die Fasern geschaffen ist, welche dazu verwendet werden, den Verbundteil zu bilden. Demgemäß hat die durch die Maschine 10 gebildete nicht gewebte Matte willkürlich angeordnete Fasern, die sich in allen drei Raumdimensionen erstrecken, da die willkürliche Orientierung der Fasern eine notwendige Konsequenz des Verfahrens der Bildung mittels Luftstrom ist. Es ist jedoch gezeigt worden, daß der Prozentsatz an Fasern, die in der Richtung der Tiefe der Matte angeordnet sind, sich beträchtlich ändert, und zwar in Abhängigkeit von der Richtung der Luftströmung durch den Kanal 74. Diese Richtung wird gesteuert durch den Abstand zwischen dem Säbelelement 74 und der Kratzenwalze 62. Das Säbelelement 74 ist an einem Exzenter angebracht, so daß seine Position relativ zu der Kratzenwalze 62 einstellbar ist, wodurch auch die Breite des Kanals 72 einstellbar ist. Gewöhnlich befindet sich das Säbelelement 74 in einem Abstand von der Kratzenwalze 62 derart, daß die Luftströmung durch den Kanal 72 das Bestreben hat, der Gestalt des Kanals in Richtung des Pfeiles D zu folgen. Während bei Matten, die mit Luftstrom in dieser Richtung gebildet werden, gewisse Fasern haben mit Komponenten, die in Richtung der Tiefe der Matte orientiert oder ausgerichtet sind, ist die Mehrzahl der Fasern entlang der Länge und der Breite der Matte ausgerichtet. Es ist jedoch gefunden worden, daß durch Bewegung des Säbelelementes 74 näher zu der Kratzenwalze 62 und durch entsprechende Einstellung des Gebläses 66 ein Venturi- Effekt hervorgerufen wird, der den Luftstrom in Richtung des Pfeiles E ablenkt. Es ist gefunden worden, daß bei auf diese Weise gebildeten Matten etwa 30% der Fasern Komponenten haben, die in Richtung der Tiefe der Matte orientiert sind. Demgemäß hat ein Verbundmaterial, welches aus einer Matte gebildet ist, bei der 30% der Fasern in Tiefenrichtung orientiert sind, im wesentlichen die gleiche Festigkeit in allen drei Raumdimensionen.
Die Maschine 10 wurde beschrieben in Übereinstimmung mit dem Zuführmechanismus 12. Jedoch besteht der Zweck des Zuführmechanismus 12 darin, die Zuführmatte 46 für den Bahnbildungsmechanismus 14 zu erzeugen. Wie es dem Fachmann der hier in Rede stehenden Technik gut bekannt ist, kann ein Zuführband auch gebildet werden mit einer Maschine mit Rollenkratze und Quer- oder Kreuzüberlappung. Dieser letztere Mechanismus kann für eine Produktion großen Volumens wirksamer sein. Alternativ kann die Zuführbahn auch durch einen Picker gebildet werden. Dieses System kann wirksamer sein zum Erzeugen diversifizierter Kurzlaufpartien.
Die Matte wird von dem Förderer 78 auf einen benachbarten Förderer 84 überführt, der ein poröses Band 86 umfaßt, welches für Drehung um Rollen 88 in der durch den Pfeil F angegebenen Richtung kraftangetrieben ist. Wenn die Matte verharzt werden soll, anstatt Binderfasern zu verwenden oder zusätzlich zur Verwendung von Binderfasern, wird ein zweckentsprechendes geschäumtes Harz in den Trichter 90 gegossen und auf die Matte, die auf dem Band oder Förderer 86 wandert, durch Düsen 92 hindurch abgegeben. Da das Band 86 porös ist, kann der Schaum durch die Matte gezogen werden, um diese zu sättigen, indem ein Unterdruck oder Vakuum an die Unterseite der Matte durch ein Vakuumziehgerät 94 angelegt wird. Der überschüssige Schaum wird in das Vakuumziehorgan 94 gezogen und in den Trichter 90 zurückgeführt. Die Matte wird dann auf dem Band 86 durch einen Ofen 96 getragen.
Der Ofen 96 wird auf eine Temperatur erhitzt, die gerade über dem Erweichungspunkt der thermoplastischen Binderfasern und/oder des Harzes liegt. Der Ofen 96 kann beispielsweise eine Quelle von Infrarotstrahlungsenergie enthalten, um die Oberfläche der Matte auf eine Temperatur oberhalb von 93ºC (200ºF) zu erhitzen. Es wird selbstverständlich angenommen, daß das Bindermaterial das gleiche ist wie dasjenige, was gemäß den Beispielen verwendet wird, die am Ende dieser Beschreibung angegeben sind. Die Matte muß durch den Ofen 96 in einer relativ kurzen Zeitperiode hindurchgeführt werden, da gemäß der Erfindung nur das Bindermaterial an der Oberfläche der Matten erweicht werden soll, so daß die Strukturfasern an der Oberfläche der Matte gebunden werden, um an der Oberfläche der Matte eine "Haut" zu bilden, während die Strukturfasern innerhalb der Matte im Abstand von der Oberfläche ungebunden bleiben. Das Bilden einer "Haut" an der Oberfläche der Matte stabilisiert die Matte ausreichend, um eine Handhabung zu ermöglichen, wobei jedoch die Tatsache, daß die Strukturfasern im Inneren der Matte ungebunden bleiben, es der Matte ermöglicht, relativ weich zu bleiben, so daß sie ohne Wölben oder dergleichen geformt werden kann. Es ist gefunden worden, daß, wenn die Matte in Übereinstimmung mit den am Ende der Beschreibung angegebenen Beispielen hergestellt wird und der vorgenannten Temperatur während einer seit von mehreren Sekunden ausgesetzt wird, eine solche relativ dünne Haut an der Matte gebildet wird, während die große Masse der Fasern der Matte ungebunden bleibt. Indem die Matte lediglich während einiger weniger Sekunden in dem Ofen belassen wird, hat die Hitze keine Zeit, in die Matte in ausreichender Weise so einzudringen, daß die Temperatur der Fasern, die im Abstand von der Oberfläche der Matte liegen, derart erhöht wird, daß die Binderfasern und/oder das Bindermaterial auf ihre Klebrigkeitspunkte erhöht wird, d. h. bis zu dem Punkt, an welchem sie klebrig werden.
Wie oben diskutiert, besteht ein wichtiges Merkmal der Erfindung darin, daß die Matte zu einer Vorformlingsgestalt des Verbundgegenstandes geformt wird, bevor sie mit dem zweckentsprechenden Harz imprägniert wird. Es ist gefunden worden, daß, wenn die Matte geformt wird, während sie imprägniert wird, es extrem schwierig ist, vollständige Sättigung der Matte zu gewährleisten, insbesondere, wenn die Gestalt des Verbundgegenstandes oder Verbundartikels, der gebildet werden soll, komplex oder kompliziert ist. Weiterhin wird die Matte auch erhitzt, wenn sie zu dem Vorformling geformt wird, so daß die Matte gehärtet wird und veranlaßt wird, daß die thermoplastischen Binderfasern wenigstens teilweise schmelzen und dadurch die Strukturfasern in ihrer Lage oder Position halten. Wenn demgemäß der Vorformling mit der Harzmatrix bespritzt wird, widerstehen die Fasern des Vorformlings einer Verformung unter der Wirkung des in sie eingespritzten Harzes. Demgemäß verbleiben die Fasern in ihrer Strukturskelettposition, wodurch eine gleichmäßige Konzentration von Fasern in dem Endprodukt gewährleistet ist, um ein konsistentes Produkt mit im wesentlichen gleichmäßiger Festigkeit zu erzeugen.
Der Vorformling wird in einer Vorformkonturform gebildet, die in Fig. 3 allgemein mit dem Bezugszeichen 98 bezeichnet ist. Die Form 98 ist vorzugsweise eine übliche Luftdurchtrittsform und sie umfaßt einen gasdurchlässigen Schirm 100, der konturiert ist entsprechend der Gestalt des zu formenden Vorformlings. Ein Teil der Matte wird auf dem Schirm 100 angeordnet, und; der Deckel 102 der Form wird auf deren Körper 104 geschlossen und dazwischen wird eine gasundurchlässige Abdichtung bewirkt. Ein Gebläse 106 zirkuliert Luft in Richtung des Pfeiles X, so daß die Matte gezwungen wird, die Konturen des Schirmes 100 anzunehmen als Folge des Gases, welches durch die hindurchgezwungen wird. Obwohl gewöhnlich Luft verwendet wird, ist es bei gewissen Anwendungen möglich, daß ein anderes Gas als Luft erforderlich sein kann. Das Gas, welches durch die Form zirkulieren gelassen wird, wird durch einen Brenner 108 auf eine Temperatur erhitzt, die ausreichend ist, um das thermoplastische Bindermaterial (entweder die Binderfasern oder das auf die Matte aufgebrachte Harz) zu schmelzen, wodurch bewirkt wird, daß die Matte zu einer gestalthaltenden Kontur des Schirmes 100 zusammengeschmolzen wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform, bei welcher Vinyon® als Binderfaser verwendet wird, würde die Luft auf etwa 200ºF erhitzt bzw. auf etwa den Klebrigkeitspunkt der Binderfaser erhitzt, d. h. auf die Temperatur erhitzt, bei welcher die Faser klebrig wird.
Selbstverständlich hängt die Steifheit der Matte von dem Prozentsatz an Binderfasern und/oder an thermoplastischem Harz ab, die bzw. das in der Matte verwendet wird. Eine höhere Konzentration an Binderfasern führt zu einem steiferen Vorformling, der beim Schritt des Einspritzens von Harz einem viskoseren Harz widerstehen kann. Jedoch wird durch eine höhere Konzentration an Binderfasern notwendigerweise die Konzentration der Strukturfasern verringert, so daß das Endprodukt, welches aus einer Matte gebildet ist, die eine höhere Konzentration an Bindermaterial hat, inhärent niedrigere Festigkeit als eine Matte hat, die mit einer niedrigeren Konzentration an Bindermaterial und einer entsprechenden höheren Konzentration an Strukturfasern gebildet ist. Weiterhin kann eine höhere Konzentration an Bindermaterial übermäßiges unerwünschtes Schrumpfen der Matte hervorrufen. Es ist weiterhin erwünscht, daß die Matte nicht übermäßig komprimiert wird, wenn sie zu der Vorformlingsplatte gebildet wird. Demgemäß wird die offene Struktur der Matte beibehalten, wodurch das Sättigen der Fasern mit der Harzmatrix im Schritt des Einspritzens des Harzes erleichtert wird. Obwohl aridere Formen als die Luftumlaufform gemäß Fig. 3 verwendet werden können, beispielsweise eine übliche Preßform, muß Sorgfalt darauf verwendet werden, daß die Matte nicht übermäßig komprimiert wird, obwohl ein gewisses Komprimieren unvermeidbar ist beim Zwingen oder Drücken der Matte, um die komplizierten Konturen der Form anzunehmen.
Der Vorformling wird dann von der Konturvorform 98 abgenommen und zu einer üblichen mit variabler Verdichtung arbeitenden Harzeinspritzform überführt, die allgemein mit dem Bezugszeichen 110 bezeichnet ist. Die Harzübertragungsform 110 umfaßt einen Basisteil 112, der einen konturierten Profilabschnitt 114 hat, der die Gestalt des zu bildenden fertigen Verbundgegenstandes hat. Die Gestalt 114 kann mit einem entsprechend gestalteten Abschnitt 116 eines Deckelteiles 118 zusammenarbeiten, der in Richtung gegen den Abschnitt 114 mit einer vorbestimmten Druckkraft gedrückt werden kann, die von einer hydraulischen Betätigungseinrichtung hervorgerufen wird, die bei 120 schematisch dargestellt ist. Eine sich parametrisch erstreckende Dichtung bzw. Umfangsdichtung 122 ist am Umfang der Fläche zwischen den Formteilen 112 und 118 angeordnet und mit sich in Umfangsrichtung beabstandeten Harzeinspritzdüsen 124 versehen. Eine dieser Düsen 126 ist als Abzugsöffnung ausgewählt. Der Vorformling wird auf dem Formabschnitt 114 angeordnet und der Deckelteil 118 wird gegen die Dichtung 122 geschlossen. Vorzugsweise ist der Spalt zwischen den Formflächen 114 und 116 ausreichend groß, so daß der Vorformling in der Form angeordnet, und der Deckelteil 118 gegen die Dichtung 122 geschlossen werden kann, ohne den Vorformling beträchtlich zu komprimieren. Ein zweckentsprechendes Harz wird dann durch die Düsen 124 hindurch eingespritzt, bis die Zwischenräume zwischen den Fasern des Vorformlings mit dem Harz vollständig gesättigt sind und eine gewisse Menge des Harzes beginnt, aus der Abzugsöffnung 126 herauszulaufen. Obwohl irgendeine Anzahl von Harzen zufriedenstellend ist, kann beispielsweise Epon® 828 verwendet werden, welches von der Shell Chemical Company verfügbar ist. Wie oben diskutiert, wird es bevorzugt, daß das Harz eine relativ niedrige Viskosität hat, so daß die Matte nicht übermäßig versteift werden muß, um Verformung unter der Wirkung des Einspritzens der Harzmatrix zu verhindern. Dementsprechend wird das Harz ausgewählt als eines, welches bei Raumtemperatur eine niedrige Eigenviskosität hat, oder, wenn das vorgenannte Harz Epon® 828-Harzsystem verwendet wird, kann es auf eine Temperatur erhitzt werden, bei welcher es eine ausreichend niedrige Viskosität hat. Falls erforderlich, können die Formteile 118 und 112 erhitzt werden, um das Härten des Harzes zu unterstützen. Wenn der Vorformling mit dem Harz gesättigt ist (oder nachdem der Vorformling gesättigt ist, jedoch bevor das Harz gehärtet ist), wird der Deckel 118 gegen den Vorformling gedrückt unter der Wirkung der hydraulischen Betätigungseinrichtung 120, wodurch der Vorformling komprimiert wird, wenn er gesättigt ist, oder unmittelbar nachdem er gesättigt worden ist, wodurch die Konzentration der Strukturverstärkungsfasern erhöht wird, um dadurch die Festigkeit des Endproduktes zu erhöhen. Demgemäß hat der Vorformling anfänglich eine relativ offene Struktur, um bequemes Sättigen durch das Harz zu ermöglichen, jedoch wird nach dem Sättigen des Vorformlings die Konzentration der Fasern erhöht durch das Arbeiten der Form 110 mit variabler Kompression, um dadurch das Produkt zu seiner endgültigen Gestalt zu formen und die Konzentration der Verstärkungsfasern zu erhöhen, um einen Gegenstand zu erzeugen, der eine annehmbare Festigkeit hat.
Die Erfindung wurde beschrieben in Verbindung mit der Verwendung von Strukturstapelfasern für die Herstellung der luftgelegten nicht gewebten Matte, welche das Skelettmaterial für den faserverstärkten Verbundgegenstand bildet, wobei Fasern in anderen Formen als in der Form geschnittener Stapelfasern verwendet werden können. Beispielsweise kann ein kontinuierliches Fadentau verwendet werden und kann verarbeitet und gemischt werden, wie es in der US-PS 4,514,880 beschrieben ist.
Beispielsweise, jedoch nicht beschränkend, werden die nachstehenden Beispiele gegeben (alle Prozentsätze sind Gewichtsprozentsätze):

Beispiel 1

Eine nicht gewebte luftgelegte bzw. im Luftstrom gebildete Matte wurde hergestellt unter Verwendung von 52,5% geringelter Glasfasern, 17,5% Compet®-Fasern und 30% einer Polyesterbinderfaser, die im Handel Vinyon® bekannt ist. Die Matte wurde zu einem Vorformling gemäß vorstehender Beschreibung geformt. Der Vorformling konnte dann mit dem zweckentsprechenden Harz gemäß vorstehender Beschreibung imprägniert werden, und er hatte annehmbare Festigkeit in allen drei Raumrichtungen oder Raumabmessungen, während er verhältnismäßig unelastisch war und eine relativ hohe Stoßfestigkeit hatte.

Beispiel 2

Eine Matte wurde hergestellt und behandelt, wie es oben bei Beispiel 1 beschrieben worden ist, jedoch wurde die Matte hergestellt aus einem Gemisch aus 35% geringelten Glasfasern, 35% Compet®-Fasern und 30% Vinyon® Verbundmaterialien, die aus diesen Fasern hergestellt werden, würden eine etwas höhere Stoßfestigkeit haben als die Verbundmaterialien, die gemäß Beispiel 1 hergestellt wurden, und zwar als Folge des höheren Prozentsatzes an Compet®-Fasern, sie würden jedoch eine höhere Elastizität haben als Folge des niedrigeren Prozentsatzes an Glasfasern.

Beispiel 3

Eine nicht gewebte im Luftstrom gelegte Matte wurde hergestellt gemäß den Beispielen 1 und 2, wobei sie jedoch aus einem Gemisch von 70% geringelten Glasfasern und 30% Vinyon®-Binderfasern bestand. Beim Imprägnieren der Matte mit einem Harz gemäß vorstehender Beschreibung würde das erhaltene Verbundmaterial relativ unelastisch und vergleichbar sein mit Glasfaserstrukturen, die bereits auf dem Markt sind. Jedoch würde als Folge des Fehlens von Fasern mit hoher Stoßfestigkeit, die Stoßfestigkeit des erhaltenen Verbundmaterials relativ niedrig sein.

Beispiel 4

Es wurde eine nicht gewebte Matte hergestellt gemäß den Beispielen 1 bis 3, wobei die Matte jedoch aus einem Gemisch aus 50% geringelten Glasfasern und 40% Vinyon®-Binderfasern bestand. Als Folge des größeren Prozentsatzes an Binderfasern würde der erhaltene Vorformling stärker schrumpfen als die Vorformlinge, die den niedrigeren Prozentsatz an Binderfasern haben, wobei jedoch die anderen Eigenschaften die gleichen wie gemäß Beispiel 3 sein würden.

Beispiel 5

Eine Matte wurde hergestellt gemäß den Beispielen 1 bis 4, wobei jedoch anstelle der Verwendung von Glasfasern und Compet®-Fasern eine Faser verwendet wurde, die im Handel unter dem Handelsnamen Kevlar® verkauft wird. Die erhaltene Matte und irgendein Vorformling oder ein Verbundgegenstand, der daraus hergestellt werden könnte, würde die Charakteristiken der Stoßfestigkeit und der elastischen Charakteristiken des Kevlar® haben anstelle derjenigen von Glasfasern und/oder Compet®- Fasern.

Beispiel 6

Eine Matte wurde hergestellt gemäß irgendeinem der Beispiele 1 bis 5, wobei jedoch anstelle der Verwendung der Vinyon®-Binderfasern die Matte hergestellt wurde ohne Verwendung irgendeines Binders, wobei stattdessen die Verharzung mit Polyvinylacetat erfolgte. Irgendeine Matte, die auf diese Weise gebildet wurde, würde Charakteristiken ähnlich denjenigen einer Matte haben, die entsprechende Prozentsätze an Glasfasern, Compet®-Fasern und/oder Kevlar®-Fasern enthält, wie es oben in den Beispielen 1 bis 5 diskutiert ist.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Formteiles, umfassend die Schritte des Bildens einer nichtgewebten Matte aus Strukturfasern und einem thermoplastischen Bindermaterial, und des darauffolgenden Formens der Matte zu der gewünschten Gestalt, während bewirkt wird, daß das Bindermaterial innerhalb der Matte die Strukturfasern in der Matte aneinander bindet, dadurch gekennzeichnet, daß beim Formen der Matte vor der Formung das Bindermaterial an der Oberfläche der Matte erweicht wird, während das Bindermaterial, welches von der Oberfläche der Matte entfernt ist, in seinem unerweichten Zustand gehalten wird, so daß das erweichte Bindermaterial an der Oberfläche der Matte die Strukturfasern an der Oberfläche der Matte wenigstens teilweise bindet, während die Strukturfasern im Abstand von der Oberfläche der Matte ungebunden bleiben.

2. Verfahren zum Herstellen eines Formteiles nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Bewirkens, daß das Bindermaterial an der Oberfläche der Matte erweicht wird, ausgeführt wird durch Anordnen der Matte in einem Ofen und Entfernen der Matte aus dem Ofen, bevor die Wärme des Ofens in den Teil der Matte eingedrungen ist, der von der Oberfläche der Matte entfernt liegt.

3. Verfahren zum Herstellen eines Formteils nach Anspruch 2, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Formens der Matte zu der gewünschten Gestalt ausgeführt wird durch Anordnen der Matte in einer Form und Erhitzen oder Erwärmen der Matte, während die letztere gezwungen wird, die Konturen der Form anzunehmen.

4. Verfahren zum Herstellen eines Formteiles nach Anspruch 3, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Matte in der Form auf eine Temperatur und während einer Zeit erhitzt wird, die ausreichend sind, das Bindermaterial in der gesamten Matte zu erweichen.

5. Verfahren zum Herstellen eines Formteiles nach Anspruch 4, weiter dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen der Matte in der Form und das Zwingen der Matte, die Konturen der Form anzunehmen, dadurch ausgeführt werden, daß erhitzte Luft durch die Matte hindurchgedrückt wird, wobei die erhitzte Luft die Matte zwingt, die Konturen eines luftdurchlässigen Teiles anzunehmen.