Панель, обладающая высокой структурной прочностью, способ ее изготовления и устройство для изготовления такой панели
Панель содержит полотно (3), расположенное между двумя слоями покрытий (2), изготовленных из волокнистых структур (21), прикрепленных посредством слоеобразующего или соединяющего материала, например полимера (22), связующего, вспененного полимера. Полотно обычно содержит вспененные материалы, войлоки, порошковые материалы, полутекучие материалы и т.д. Волокна (7) из волокнистых структур (21) протягивают вдоль одного или большего числа направлений наклона относительно слоев покрытий (2) и обычно путем иглопрокалывания, в полотно (3), в частности в пенопластовые плиты (4), представляющие полотно. Скрепляющим материалом также скрепляют протянутые волокна (7) таким образом, чтобы осуществить взаимное скрепление компонентов полотна (3) и слоев покрытий (2). Изобретение можно использовать для экономически эффективного изготовления особенно устойчивых композитных панелей с очень большим выбором компонентов полотна (3), слоев покрытий (2) и ориентации протягиваемых волокон волокнистых структур (21). 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 18 ил.
Данное изобретение относится к композитной панели.
Данное изобретение также относится к устройству для изготовления такой панели.
Данное изобретение также относится к способу изготовления композитной панели.
Хорошо известны так называемые композитные панели типа «сандвич», содержащие два слоя покрытий, устойчивых к различным воздействиям, расположенные с каждой стороны среднего слоя, который обычно изготовлен из пенопласта или войлока. Слои покрытий содержат волокнистую армирующую структуру, пропитанную полимером, посредством которого придают этим слоям покрытий определенную присущую им жесткость, а также обеспечивают их скрепление со средним слоем.
Эти панели очень широко используют в тех случаях, когда изготавливаемые с их применением стены должны быть жесткими, легкими, долговечными, удароустойчивыми и т.д.
Особая функция среднего слоя заключается в сохранении по существу фиксированного расстояния между двумя слоями покрытий. По этой причине панель может изгибаться только в той степени, при которой наружный, в радиальном направлении (относительно оси изгиба), слой покрытия может быть растянут, а внутренний, в радиальном направлении, слой покрытия может быть сжат. А так как слои покрытия обладают малой способностью к растяжению и сжатию, панель обладает жесткостью на изгиб.
Однако известные панели подвержены риску так называемого «расслоения», заключающегося в том, что, в частности, под воздействием изгибного напряжения, по меньшей мере, один из слоев покрытий отделяется от среднего слоя. В этом случае механические характеристики панели неприемлемо ухудшаются.
Для преодоления этого недостатка было предложено создание механического скрепления между каждым слоем покрытия и средним слоем. Например, было предложено создание шва между волокнистой армирующей структурой слоя покрытия и средним слоем до этапа пропитки слоев покрытий полимером. Такие способы эффективны в некоторой степени, но для их осуществления требуется выполнение дополнительных этапов с использованием сложных машин, работающих с относительно малой скоростью и требующих значительного увеличения капиталовложений в промышленное предприятие и затрат времени, необходимых для изготовления панели. Панели, армированные таким образом, получаются дорогостоящими.
В известном документе EP 1686210 A1 описаны композитные панели, в которых порошковый или волокнистый средний слой стабилизирован между двумя слоями покрытий посредством этапа сквозного иглопрокалывания, при котором волокна из слоев покрытий протягивают в материал среднего слоя перпендикулярно плоскости среднего слоя. Однако качество этих структур может ухудшаться при определенных пагубных воздействиях.
Задачей настоящего изобретения является, таким образом, создание композитной панели, обладающей улучшенными механическими характеристиками, а также создание способа ее изготовления и устройства для изготовления такой панели.
Эта задача достигается путем создания композитной панели, содержащей два волокнистых слоя покрытий и средний слой, расположенный во внутреннем объеме между слоями покрытий и связанный со слоями покрытий с помощью отвердевшего скрепляющего материала, в котором связующие волокна, начинающиеся, по меньшей мере, в одном из слоев покрытий, протянуты во внутренний объем между слоями покрытий, где, по меньшей мере, часть протянутых волокон ориентирована, по меньшей мере, в одном наклонном направлении относительно, по меньшей мере, одного из слоев покрытий.
Протянутые волокна служат в качестве укорененных связующих элементов, которыми каждый слой покрытия скреплен со средним слоем. Это укоренение эффективно противостоит расслоению панели.
В данном документе ориентацию называют наклонной относительно слоя покрытия, если это направление ориентации наклонено относительно поверхности слоя покрытия, т.е. наклонено относительно поверхности слоя покрытия, т.е. не перпендикулярно поверхности слоя покрытия. Согласно изобретению с помощью, по меньшей мере, одной наклонной ориентации значительно увеличивают механическую прочность панели согласно изобретению в сравнении с панелями-прототипами.
Средний слой может содержать, по меньшей мере, один элемент, обладающий предварительно созданной формой, которой определена, по меньшей мере, одна геометрически определенная опорная поверхность, по меньшей мере, для одного из слоев покрытий.
Предпочтительно протянутые волокна ориентированы, по меньшей мере, в двух различных направлениях. Два направления ориентации могут включать направление, по существу перпендикулярное, по меньшей мере, к одному из слоев покрытий. Два направления ориентации предпочтительно наклонены в противоположные стороны друг относительно друга и относительно слоев покрытий. В данном документе два направления ориентации называют наклоненными в противоположные стороны друг относительно друга и относительно слоев покрытий, если они наклонены в противоположные стороны относительно поверхности, перпендикулярной слою покрытия. В варианте осуществления протянутые волокна, проходящие вдоль первого направления ориентации, по существу параллельны первой плоскости ориентации; протянутые волокна, проходящие вдоль второго направления ориентации (отличающегося от первого), по существу параллельны второй плоскости ориентации; при этом первая плоскость ориентации и вторая плоскость ориентации являются поперечными (предпочтительно по существу перпендикулярными) друг относительно друга; волокна согласно первому направлению ориентации и волокна согласно второму направлению ориентации (все) по существу параллельны плоскости совмещения, поперечной по отношению к плоскостям ориентации; эта плоскость совмещения предпочтительно по существу перпендикулярна поверхности, по меньшей мере, одного из слоев покрытий. Аналогичным образом, в варианте осуществления протянутые волокна, проходящие вдоль первого направления ориентации, по существу параллельны первой плоскости совмещения, по существу перпендикулярной к поверхности, по меньшей мере, одного из слоев покрытий; протянутые волокна, проходящие вдоль второго направления ориентации (отличающегося от первого), по существу параллельны второй плоскости совмещения, по существу перпендикулярной к поверхности того же, по меньшей мере, одного из слоев покрытий; первая плоскость и вторая плоскость совмещения являются поперечными (предпочтительно по существу перпендикулярными) друг относительно друга.
Предпочтительно протянутые волокна сгруппированы в пучки, расположенные в местах, где также присутствует скрепляющий материал. В этом случае протянутые волокна ориентированы, по меньшей мере, в двух различных направлениях. Пучки протянутых волокон, следующие вдоль первого направления ориентации, предпочтительно (каждый) пересекает или проходит по касательной относительно пучка протянутых волокон, следующего вдоль второго направления ориентации. Этим обеспечивают возможность скрепления, с помощью скрепляющего материала, пучков первого и второго направлений ориентации на уровне, по меньшей мере, одной точки связи между пучками, чем значительно улучшают структурную прочность панели согласно изобретению в сравнении с панелями-прототипами.
Скрепляющим материалом может быть полимер, связующее, вспененный полимер и т.д., которым панель пропитывают после осуществления процесса протягивания волокон, или также материал, полученный путем модификации волокон, например компонента волокон, расплавляющегося при нагреве волокон. Посредством скрепляющего материала обеспечивают взаимное соединение слоев покрытий и слоеную структуру панели.
Предпочтительно протягиваемые волокна располагают вдоль геометрических рисунков, например рядов, квадратов и смещенных в шахматном порядке точек. Благодаря виду этих рисунков, а также размеру элементарного рисунка обеспечивают возможность армирования в большей или меньшей степени определенных областей панели и/или всей панели.
Средний слой обычно, но не обязательно, изготавливают из пенопласта. Хотя этот материал предпочтителен в большинстве случаев применения, его использование никоим образом не является обязательным согласно изобретению. Практически изобретение может быть осуществлено при использовании любого материала. Средний слой может, например, содержать, по меньшей мере, один материал из пенопласта, жесткие материалы, текучие или полутекучие материалы, например порошковые материалы, эмульсии из порошка, термопластичные, термоплавкие или термореактивные материалы. Кроме того, может быть предусмотрено использование среднего слоя, который содержал бы включения, вставки, трубки или также жесткие армирующие элементы.
Под термином «слой покрытия» предпочтительно понимают слой, имеющий относительно небольшую толщину относительно двух других прямолинейных или криволинейных размеров, например длины и ширины, которыми определяют поверхность. Таким образом, слой покрытия можно (обычно) по существу рассматривать как двухмерный материал. Слой покрытия содержит, по меньшей мере, один волокнистый мат. Волокнистый мат может быть заделан в скрепляющий материал, например в полимер. По меньшей мере, один из слоев покрытий может быть многослойным. Слой покрытия может быть, например, представлен текстильным материалом, предназначенным для обеспечения протягиваемых волокон и для обеспечения, по меньшей мере, доли механической прочности на растяжение слоя покрытий, и слоем другого типа, выполняющим, например, по меньшей мере, одну из функций: теплоизоляцию, водонепроницаемость, защиту от грабителей, придание эстетически приемлемого внешнего вида, придание дополнительной механической прочности, огнезащиту и/или другую функцию. Упомянутый другой слой может быть расположен на стороне среднего слоя или на противоположной стороне относительно волокнистой армирующей структуры. Может быть предусмотрено использование слоев покрытий различных типов и/или масс в одной и той же композитной панели.
Можно также изготавливать панель, содержащую, по меньшей мере, два наложенных друг на друга средних слоя, необязательно с внутренним слоем покрытия, в частности волокнистым слоем покрытия, проложенным между двумя средними слоями. В этом случае скрепляющие волокна могут быть протянуты до тех пор, пока они не соединятся с этим внутренним слоем покрытия, таким образом создавая мостик между наружным слоем покрытия и внутренним слоем покрытия.
Волокна слоев покрытий панели согласно изобретению могут быть всех типов. Предпочтительно (это касается волокнистых матов) отдавать предпочтение доступным на рынке нетканым волокнистым материалам как из органических, так и из минеральных волокон, например из: металлических волокон, волокон животного и растительного происхождения, пластиковых, текстильных, углеродных волокон и т.д.
Согласно другому аспекту изобретения предложено устройство для изготовления панели согласно изобретению, отличающееся тем, что оно содержит:
- средства для введения среднего слоя между двумя волокнистыми слоями покрытий в тракт иглопрокалывания вдоль направления движения, где средний слой (3) содержит предпочтительно, по меньшей мере, один предварительно сформированный элемент;
- по меньшей мере, один иглопробивной блок, содержащий иглы и расположенный таким образом, чтобы с его помощью можно было протягивать волокна, по меньшей мере, из одного из слоев покрытий в объем, расположенный между слоями покрытий, предпочтительно на рабочей станции, на которой слои покрытий поддерживают, по меньшей мере, с помощью одного предварительно сформированного элемента среднего слоя, где, по меньшей мере, один иглопробивной блок содержит средства для введения в действие его игл в наклонном направлении согласно направлению наклона прокалывания относительно плоскости движения среднего слоя и слоев покрытий.
Согласно изобретению с помощью средств для введения в действие игл в наклонном направлении обеспечивают возможность протягивания волокон, начинающихся, по меньшей мере, в одном из слоев покрытий, в наклонном направлении в средний слой. Этим, в свою очередь, обеспечивают возможность значительного увеличения механической прочности готовой панели и способствования протеканию и рассеиванию скрепляющего материала в тех местах, где имеются места или пучки протянутых волокон.
По меньшей мере, один иглопробивной блок может содержать средства для регулирования наклона направления прокалывания, вдоль которого его иглы вводят в действие относительно упомянутой плоскости движения.
Устройство согласно изобретению может содержать два иглопробивных блока, расположенных с каждой стороны плоскости движения. Наклон направления прокалывания двух блоков можно регулировать независимо друг от друга. Управлять двумя блоками можно от одного вала, а устройство содержит средства для регулирования настройки циклов прокалывания двух блоков друг относительно друга, в частности, как функцию их соответствующих направлений наклонов прокалывания. Два иглопробивных блока могут быть расположены таким образом, чтобы можно было ориентировать проникновение их игл в средний слой частично вдоль направления движения среднего слоя и слоев покрытий или частично вдоль направления, противоположного направлению движения среднего слоя и слоев покрытий. Наконец, первый (один) из этих иглопробивных блоков может быть расположен таким образом, чтобы с его помощью можно было протягивать пучки волокон вдоль первого направления ориентации, а второй из этих иглопробивных блоков может быть расположен таким образом, чтобы с его помощью можно было протягивать пучки волокон вдоль второго направления ориентации таким образом, чтобы пучки, протянутые вдоль первого направления ориентации, (каждый) пересекали или проходили по касательной относительно, по меньшей мере, одного пучка волокон, протянутых вдоль второго направления ориентации.
Кончики игл, по меньшей мере, одного иглопробивного блока предпочтительно расположены в плоскости, по существу параллельной плоскости движения.
Иглы могут быть одинаковой длины, и каждая игла содержит стержень, удерживаемый задней поверхностью игольной доски, где эта задняя поверхность обычно расположена по существу параллельно плоскости движения. Предпочтительно задняя поверхность игольной доски содержит отверстия для удерживания и позиционирования стержней игл. Устройство согласно изобретению, кроме того, может содержать, средства для замены задней поверхности, по меньшей мере, одного иглопробивного блока. Благодаря этому можно, в частности, приспосабливать иглопробивной блок к различным направлениям наклона прокалывания таким образом, чтобы при этих различных направлениях наклона задняя поверхность блока всегда была расположена по существу параллельно плоскости движения, т.е. таким образом, чтобы кончики игл блока находились в плоскости, которая всегда по существу параллельна плоскости движения.
По меньшей мере, один иглопробивной блок может иметь скос вдоль края, поперечного плоскости движения и обращенного к плоскости движения.
Средства для приведения в действие могут содержать, по меньшей мере, один ремень, огибающий шкив, сидящий на валу, расположенном в поперечном направлении относительно направления движения среднего слоя и слоев покрытий; где, по меньшей мере, один иглопробивной блок, содержащий, по меньшей мере, один подвижный элемент, в котором удерживают иглы, прикреплен к одной стороне ремня, и направление наклона прокалывания можно регулировать путем поворота иглопробивного блока относительно оси вала. Кроме того, средства для приведения в действие могут содержать второй ремень, огибающий второй шкив, сидящий на том же валу, и соединенный (ремень) с подвижным элементом второго иглопробивного блока, воздействующего на другую сторону плоскости движения. Вал может быть расположен с одной стороны плоскости движения; при этом подвижный элемент, расположенный с той же стороны от плоскости движения, что и вал, предпочтительно по существу расположен снаружи от петли, образованной соответствующим ремнем, а другой подвижный элемент предпочтительно по существу расположен внутри петли, образованной соответствующим ремнем.
Согласно дополнительному аспекту изобретения предложен способ изготовления композитной панели согласно изобретению, в которой пучки волокон, по меньшей мере, из одного из слоев покрытий протягивают посредством иглопрокалывания в наклонном направлении во внутренний объем, в котором расположен средний слой. Путем протягивания пучков волокон в наклонном направлении значительно увеличивают механическую прочность панели, изготовленной с использованием способа согласно изобретению, и улучшаются протекание и рассеивание скрепляющего материала в области пучков протянутых волокон.
Пучки волокон могут быть протянуты вдоль, по меньшей мере, двух различных направлений ориентации, в частности, посредством осуществления двух циклов иглопрокалывания, отделенных поворачиванием панели (предпочтительно по существу на 90°) в ее собственной плоскости; где протянутые волокна, проходящие вдоль первого направления ориентации, по существу параллельны первой плоскости совмещения, по существу перпендикулярной поверхности, по меньшей мере, одного из слоев покрытий; а протянутые волокна, проходящие вдоль второго направления ориентации (отличающегося от первого направления ориентации), по существу параллельны второй плоскости совмещения, по существу перпендикулярной поверхности этого же, по меньшей мере, одного из слоев покрытий; где первая плоскость совмещения и вторая плоскость совмещения расположены в поперечном направлении (предпочтительно по существу в перпендикулярном направлении) друг относительно друга.
Наконец, способ согласно изобретению может включать протягивание пучков волокон, проходящих вдоль первого направления ориентации, и протягивание пучков волокон, проходящих вдоль второго направления ориентации, таким образом, чтобы пучки волокон, проходящие вдоль первого направления ориентации (каждый) пересекали или проходили по касательной относительно, по меньшей мере, одного пучка протянутых волокон, проходящего вдоль второго направления ориентации. Эти различные направления протягивания могут быть осуществлены за один пропуск (цикл) через изготавливающее устройство согласно изобретению, содержащее, по меньшей мере, два иглопробивных блока, или могут быть осуществлены, при использовании изготавливающего устройства согласно изобретению, содержащего, по меньшей мере, один иглопробивной блок, по меньшей мере, посредством выполнения двух циклов иглопрокалывания, отделенных поворачиванием панели в ее собственной плоскости.
Если средний слой представлен относительно жестким материалом, то может быть предусмотрено предварительное выполнение углублений в этом материале в местах, предназначенных для протягивания волокон.
Можно осуществлять протягивание волокон только в части толщины внутреннего объема. Это благоприятно для очень толстых панелей.
Предпочтительно из протянутых волокон образуют мостики, которыми связывают друг с другом два слоя покрытий. Для этого можно волокна одного слоя покрытия протягивать таким образом, чтобы они доходили и были внедрены посредством иглопрокалывания в волокнистую армирующую структуру другого слоя покрытия для обеспечения скрепления двух слоев покрытий.
Известны волокна, состоящие из двух компонентов, содержащие наружную поверхность, восприимчивую к внешнему воздействию, например термоплавкую поверхность, и центральный стержень, устойчивый к упомянутому воздействию. В этом случае наружная поверхность волокна действует согласно изобретению и является скрепляющим материалом.
Но в большинстве случаев согласно изобретению скрепляющим материалом является пропитывающий материал, добавляемый на стадии, следующей после протягивания волокон, например полимер. Предпочтительно, согласно изобретению волокна затем вводят в углубления, сформированные в среднем слое, таким образом, чтобы способствовать последующему проникновению полимера во время пропитки.
Другие отличительные особенности и преимущества изобретения также станут очевидными после ознакомления с приведенным ниже описанием, относящимся к примерам, не ограничивающим объем изобретения.
На прилагаемых чертежах изображено:
на фиг.1 - вид в перспективе с вырывом предпочтительного варианта осуществления панели согласно изобретению;
на фиг.2 - вид в перспективе волокнистой структуры панели, представленной на фиг.1;
на фиг.3 - поперечное сечение в увеличенном масштабе участка панели, представленной на фиг.1, в месте, где протянуты волокна;
на фиг.4 и 5 - частичные продольные сечения предпочтительного варианта изготавливающего устройства согласно изобретению, представляющего иглопробивной аппарат, оснащенный двумя иглопробивными блоками, где иглопробивной аппарат находится, соответственно, в отведенном назад положении и в положении максимальной глубины прокалывания;
на фиг.6 - поперечное сечение места, представленного на фиг.4 и 5, в увеличенном масштабе, где показано устройство для крепления иглы;
на фиг.7 - вид распределения отдельных пучков в поперечном сечении участка среднего слоя, полученного согласно расположению иглопробивных блоков, показанных на фиг.4 и 5;
на фиг.8 и 10 - продольные разрезы устройства, представленного на фиг.4 и 5, где показан иглопробивной аппарат, представленный на фиг.4 и 5, и управляющее устройство;
на фиг.9 - вид распределения отдельных пучков в продольном сечении участка среднего слоя, полученного согласно расположению иглопробивных блоков, показанных на фиг.8;
на фиг.11 - вид распределения отдельных пучков в продольном сечении участка среднего слоя, полученного согласно расположению иглопробивных блоков, показанных на фиг.10;
на фиг.12 - управляющее устройство, представленное на фиг.8 и 10, в разрезе;
на фиг.13 и 14 - продольные частичные разрезы устройств, представленных на фиг.4, 5, 8 и 10, где показаны иглопробивной аппарат и средства для введения;
на фиг.15 - частичный вид сверху левого конца, представленного на фиг.13;
на фиг.16 - схематический общий вид сбоку изготавливающего устройства согласно изобретению;
на фиг.17 - разрез, подобный представленному на фиг.13, но относящийся к улучшенному варианту осуществления; и
на фиг.18 - частичный вид сверху направляющей гребенки устройства, представленного на фиг.17.
Ниже описан со ссылками на фиг.1, 2 и 3 вариант осуществления панели 1 согласно изобретению. Под термином «панель» здесь понимают согласно изобретению композитный материал, имеющий относительно небольшую толщину в сравнении с двумя другими прямолинейными или криволинейными размерами, например длиной и шириной. В частности, термином «панель» не ограничены характеристики данного объекта ни понятием «твердый объект», ни понятием «объект, имеющий постоянную толщину».
Композитная панель 1 содержит два слоя покрытий 2, проходящих в параллельных плоскостях, а между ними определен внутренний объем, занимаемый средним слоем 3. В показанном примере средний слой 3 представлен пенопластовой плитой 4.
Каждый слой покрытия 2 состоит из волокнистого мата 21, погруженного в скрепляющий материал, например полимер 22. На фиг.1 полимер 22 схематически показан наложенным на волокнистый мат 21. На практике, как показано на фиг.3, полимером 22 пропитывают волокно 21 и, таким образом, обеспечивают отверждение волокнополимерого комплекса, а также надежно прикрепляют этот комплекс к поверхности среднего слоя 3. В зависимости от природы пенопласта, который может, например, содержать открытые поры или замкнутые поры, и природы скрепляющего материала 22, последним могут быть пропитаны или не пропитаны области пенопласта 4, прилегающие к слоям покрытий 2. На фиг.3 показана степень пропитки этих прилегающих областей.
Согласно изобретению композитная панель 1 содержит волокна 7, начинающиеся в одном и/или другом мате 21, которые во время изготовления панели были протянуты в средний слой 3. По меньшей мере, часть из волокон протянута таким образом, что они проходят, по меньшей мере, вдоль одного направления ориентации, наклоненного относительно плоскости слоев покрытий 2, во внутренний объем, занимаемый средним слоем 3 между слоями покрытий.
Протянутые волокна 7 сгруппированы в отдельные пучки 71 волокон, расположенные согласно рисунку продольных колонок и поперечных рядов, расположенных, в конкретном примере на фиг.1, в шахматном порядке в части плиты 4, и более плотно расположены в виде квадратных элементарных рисунков вдоль одной из сторон плиты. Обычно обеспечивают условия, при которых протянутые волокна должны быть распределены согласно рисунку и плотности распределения, выбираемых по желанию в каждой области панели. Может быть даже предусмотрена возможность создания различных поперечных или продольных областей, например, путем приспособления соответствующего распределения игл или путем модулирования скорости подачи панели в изготавливающее устройство, описанное ниже.
Протянутые волокна 7 в примере на фиг.1 проходят из одного к другому из двух слоев покрытий 2, образуя мостики из волокон между двумя слоями покрытий в каждом месте внедрения пучков 71 волокон. На фиг.2, на которой представлена волокнистая структура панели 1, показано, что каждым мостиком создано волокнистое скрепление между двумя волокнистыми матами 21. В примере на фиг.2 рисунок внедрения отдельных пучков 71 волокон представляет собой квадраты, а не шахматный порядок.
Протянутые волокна 7 панели 1 находятся в группе взаимно параллельных плоскостей и ориентированы наклонно относительно поверхности слоев покрытий 2, и следуют вдоль двух направлений ориентации, наклоненных в противоположных направлениях друг относительно друга таким образом, что пучки 71 волокон пересекаются или, по меньшей мере, проходят по касательной, по меньшей мере, попарно.
Пучки протянутых волокон, проходящие вдоль первого направления ориентации, по существу параллельны первой плоскости ориентации 304; пучки протянутых волокон, проходящие вдоль второго направления ориентации, по существу параллельны второй плоскости ориентации 305. Первая плоскость ориентации и вторая плоскость ориентации по существу перпендикулярны друг другу. Волокна, проходящие вдоль первого направления ориентации, и волокна, проходящие вдоль второго направления ориентации, все по существу параллельны плоскости совмещения 306, поперечной плоскостям ориентации 304, 305 и по существу перпендикулярной слоям покрытий 21. Благодаря этим X-образным комплексам пучков волокон композитной панели нагрузки, прикладываемые к готовому продукту, распределяются и передаются таким способом, который отличается от способа, которым распределяются и передаются нагрузки в панелях-прототипах, посредством чего структурная прочность продукта улучшается в сравнении со структурами, содержащими связи, перпендикулярные слоям покрытий. Предпочтительно пучки 71 волокон содержатся в конечном количестве плоскостей, параллельных плоскости совмещения 306 и отстоящих друг от друга на расстоянии в несколько десятков миллиметров.
Может быть предусмотрено протягивание отдельных пучков 71 волокон, проходящих вдоль более двух различных направлений ориентации. Может быть предусмотрено протягивание, по меньшей мере, одного из отдельных пучков 71 волокон, проходящих вдоль направления ориентации, перпендикулярного плоскости слоев покрытий 2. Наконец, может быть предусмотрено условие, при котором пучки 71 волокон не пересекаются, например из-за того, что они расположены на расстоянии друг от друга или ориентированы в различных плоскостях, или наоборот, предусмотрено условие, при котором пучки 71 волокон пересекаются в большем числе мест, чем только друг с другом. При этом получают комплексы, соответственно называемые V-образными или решетчатыми.
Может быть также предусмотрена панель, выполненная на изготавливающем устройстве согласно изобретению, путем осуществления нескольких пропусков панели через иглопробивное изготавливающее устройство, отделенных поворачиванием панели в ее собственной плоскости, что позволяет получать панель с оптимизированными характеристиками в нескольких направлениях. Панель, полученная путем осуществления нескольких пропусков, обладает, по меньшей мере, следующими характеристиками:
- протянутые волокна проходят вдоль, по меньшей мере, одного первого направления ориентации, по существу параллельного первой плоскости совмещения, по существу перпендикулярной поверхности, по меньшей мере, одного из слоев покрытий, где эта первая плоскость совмещения параллельна направлению движения панели во время первого пропуска;
- протянутые волокна проходят вдоль, по меньшей мере, одного второго направления ориентации, по существу параллельного второй плоскости совмещения, по существу перпендикулярной поверхности того же самого, по меньшей мере, одного из слоев покрытий; где эта вторая плоскость совмещения параллельна направлению движения панели во время второго пропуска;
где первая плоскость совмещения и вторая плоскость совмещения расположены в поперечных направлениях друг относительно друга, и предпочтительно перпендикулярны в случае, если два пропуска панели через иглопробивное изготавливающее устройство отделены поворотом панели на 90° в ее собственной плоскости. Такая панель обладает механическими характеристиками, которые лучше распределены в пространстве, так как эта панель армирована вдоль нескольких направлений.
В показанном примере отдельные пучки 71 волокон введены в массу пенопластовых плит 4 без необходимости предварительного создания углублений. Может быть предусмотрено протягивание отдельных пучков 71 волокон в пенопластовую плиту 4 с предварительно установленными интервалами.
Пропитка волокнистых матов скрепляющим материалом 22 обладает действием, заключающимся в понуждении скрепляющего материала к проникновению в средний слой 3 вдоль мест, занятых пучками 71 волокон. Это проникновение обеспечивают с помощью каналов 45 (см. фиг.3), сформированных в среднем слое 3 во время протягивания волокон 7, как это описано ниже.
Скрепляющий материал 74, которым заливают протянутые волокна 71, обладает действием, заключающимся в плотном прикреплении этих протянутых волокон к смежным материалам, принадлежащим среднему слою 3, которым в примере является пенопласт 4. Прикрепление, таким образом, формируют между средним слоем 3 и каждым слоем покрытия, в результате чего достигают особенно большого сопротивления расслоению панели. Кроме того, в случае использования протянутых волокон 7, образующих мостки между двумя слоями покрытий, два слоя покрытий также прикрепляют друг к другу. Более конкретно, в показанном случае, в котором волокна мостика являются волокнами, захваченными из одного из слоев покрытий и протянутыми сквозь средний слой 3 до тех пор, пока они ни достигают другого слоя покрытия, посредством пропитки полимером обеспечивают скрепление между введенными волокнами и упомянутым другим слоем покрытия.
В наиболее обычных случаях применения скрепляющего материала, обладающего более высокими характеристиками прочности при растяжении, чем характеристиками прочности на сдвиг, наклонной ориентацией протянутых волокон 71 относительно слоев покрытий обеспечивают увеличение сопротивления воздействию, в частности сопротивление воздействиям, имеющим тенденцию к сдвигу одного слоя покрытия относительно другого.
Ниже описан со ссылками на фиг.4 и 6 иглопробивной аппарат 120, относящийся к предпочтительному варианту осуществления изготавливающего устройства согласно изобретению, предназначенного для сборки среднего слоя 3 с двумя слоями покрытий, каждый из которых содержит волокнистый мат 21, первоначально не содержащий отверждающегося скрепляющего материала. Показанное изготавливающее устройство, кроме того, содержит средства для введения среднего слоя между двумя волокнистыми слоями покрытий 21 в тракт иглопрокалывания, где средний слой 3 и маты 21, перемещаемые по существу в плоскости движения 300 вдоль направления движения F1.
Иглопробивной аппарат 120 выполнен из двух иглопробивных блоков 200A, 200B, расположенных с каждой стороны двух волокнистых матов 21, проходящих в параллельных плоскостях, а между ними определен внутренний объем, занимаемый средним слоем 3. Каждый из упомянутых иглопробивных блоков содержит, в частности, иглы 124 одинаковой длины, установленные вместе с игольной доской 123. На фиг.6 показана в увеличенном масштабе часть, представленная на фиг.4 и 5, вдоль планиграфической плоскости А-А, где более детально изображено устройство для крепления игл. Как показано относительно иглопробивного блока 200A:
- задняя поверхность 123A игольной доски содержит отверстия для удерживания и позиционирования стержней 125 игл;
- передняя поверхность 123B игольной доски содержит отверстия 128, проходящие сквозь переднюю поверхность 123B игольной доски, в которой посажены иглы 124;
- с помощью зажимного устройства 201 две поверхности 123A и 123B игольной доски прижимают друг к другу, таким образом, обеспечивая прочное крепление игл 124 в доске 123.
В зажимном устройстве 201, показанном на фиг.5, используют пневматическое приспособление, обычно используемое на иглопробивных машинах, и этим обеспечивают возможность замены задней поверхности иглопробивного блока 200A для приспособления этого иглопробивного блока к различным наклонам направления прокалывания. Может быть предусмотрено использование других зажимных устройств, например зажимных устройств, в которых используют втулки, благодаря чему можно получить узел, в котором иглы 124 прочно закреплены в игольной доске 123.
Выбор игл 124 одинаковой длины обычно является предпочтительным, так как этим обеспечивают возможность менее дорогостоящего снабжения и технического обслуживания для компании. Однако может быть предусмотрено использование игл 124 неодинаковой длины или другие конструкции игольной доски 123.
Заднюю поверхность 123A игольной доски обычно выбирают так, чтобы она содержала поверхность, по существу параллельную плоскости движения среднего слоя 3, таким образом, чтобы кончики игл находились в плоскости, параллельной плоскости движения, как это показано в отношении иглопробивного блока 200A.
Иглопробивной блок 200B может отличаться от иглопробивного блока 200A тем, что он может содержать игольную доску без задней поверхности 123A, в частности, в случае, когда его иглы ориентированы перпендикулярно плоскости движения среднего слоя 3, как это показано на фиг.4 и 5. Может быть также предусмотрено другое расположение кончиков игл 124, в частности, в тех случаях, когда требуется, чтобы композитная панель 1 обладала негомогенными механическими характеристиками, например, путем создания областей, в которых проникновение игл отличалось бы от проникновения, осуществляемого в остальной части панели.
Ориентацию каждого иглопробивного блока 200A, 200B и их игл 124 можно регулировать относительно слоев покрытий 21; ориентация игл и, следовательно, блоков возможна, в частности, под наклоном относительно слоев покрытий. Ориентацию игл каждого блока 200A, 200B определяют углом прокалывания, также называемым «наклоном направления прокалывания» блока или игл блока. Угол направления прокалывания определяют относительно оси, по существу параллельной поверхности слоев покрытий и плоскости движения 300, и по существу перпендикулярно направлению движения F1; этот угол направления прокалывания равен нулю при ориентации игл параллельно поверхности слоев покрытий и плоскости движения, где кончики игл обращены в том же направлении, что и направление движения F1. Угол направления прокалывания определяют исходя из выбранного диапазона регулирования, в частности, по причинам, связанным с занимаемым пространством, составляющего от 45° до 135° относительно поверхности слоев покрытий. Конечно, может быть предусмотрен более широкий диапазон регулирования.
В примере на фиг.4 иглопробивной блок 200A ориентирован под углом 135° относительно поверхности слоев покрытий, а иглопробивной блок 200B ориентирован под углом 90°. Иглы 124 каждого блока 200A, 200B находятся в отведенном назад положении, и их функция заключается в сопряжении с волокном мата 21, расположенного со стороны среднего слоя, с которой расположены данные иглы, и в протягивании этих волокон в средний слой 3 в ходе движения проникновения вдоль направления ориентации, в котором обращены кончики игл 124.
В примере на фиг.5 показаны иглы 124 в положении максимальной величины проникновения во внутренний объем, занимаемый средним слоем 3. Кончики игл иглопробивного блока 200B, расположенные с одной стороны среднего слоя, доходят до мата 21, расположенного с противоположной стороны среднего слоя. Кончики игл иглопробивного блока 200A доходят до средней части среднего слоя 3. Могут быть предусмотрены величины проникновения, большей или меньшей величины, чем показанные на фиг.5, в частности величины проникновения, при которых кончики игл доходят до противоположного мата 21 или прокалывают противоположный мат 21 для способствования взаимному проникновению протянутых волокон в противоположный мат.
Иглопробивной блок 200A имеет скос 302 вдоль края 303, поперечного относительно плоскости движения 300, и он обращен к плоскости движения. Упомянутый скос 302 определен таким образом, чтобы иглопробивной блок 200A не вступал в контакт с матом 21, расположенным с той же стороны относительно среднего слоя, когда его иглы 124 находятся в положении максимальной величины проникновения. Иглопробивной блок 200B, показанный в примере на фиг.4 и 5, также имеет скос. Может быть предусмотрено, особенно в случае прокалывания под углом 90° относительно слоев покрытий, использование доски без скосов с большей площадью поверхности для установки игл.
В примере на фиг.7 дано представление о распределении отдельных пучков 71A, 71B волокон в среднем слое 3, полученном при расположении иглопробивных блоков, показанном на фиг.4, 5 и 6. Протянутые волокна имеют, по меньшей мере, два различных направления ориентации. Волокна, принадлежащие первому комплексу пучков 71A волокон, протянутые блоком 200A, имеют наклонное направление ориентации относительно слоев покрытий 21, а волокна, принадлежащие ко второму комплексу пучков 71B волокон, протянутых блоком 200B, имеют направление ориентации, по существу перпендикулярное волокнистым матам 21.
Ниже описано, со ссылками на фиг.8, 9, 10 и 11, устройство управления 210, принадлежащее предпочтительному варианту осуществления изготавливающего устройства согласно изобретению, предназначенное для введения в действие игл каждого иглопробивного блока в чередующемся порядке движения прокалывания и при конкретном наклоне направления прокалывания.
В примере на фиг.8 два иглопробивных блока 200A, 200B, расположенных с каждой стороны среднего слоя 3, образуют угол, составляющий 135° относительно слоев покрытий 21. Два иглопробивных блока 200A, 200B направляют (каждый) при их поступательном движении посредством соединения скольжения 213 с регулируемыми частями 214 и 215 соответственно. Один конец каждой регулируемой части 214, 215 можно временно поворачивать относительно оси ведущего вала 216, для обеспечения возможности регулирования ориентации (и таким образом регулирования наклона направления прокалывания) каждого из иглопробивных блоков 200A, 200B. Как показано на фиг.12, ведущий вал 216 расположен с одной стороны плоскости движения 300, параллельно плоскости движения 300 и в поперечном направлении к направлению движения F1 среднего слоя 3 и слоев покрытий. Другой конец каждой регулируемой части 214 и 215 снабжен возвратным шкивом 217, 218 соответственно. Ведущий вал соединен в регулируемом по углу положении с двумя одинаковыми ведущими шкивами 219 и 220, с помощью которых обеспечивают возможность привода двух ремней 221, 222 соответственно. Натяжение ремней 221, 222 поддерживают возвратными шкивами 217, 218 соответственно. Иглопробивные блоки 200A, 200B жестко связаны с ремнями 221, 222 соответственно, с теми частями упомянутых ремней, которые натянуты во время осуществления прокалывания каждым иглопробивным блоком.
Иглопробивной блок 200A, расположенный с той же стороны, что и ведущий вал 216 и петля 221 относительно плоскости движения 300 продукта (т.е. относительно изготавливаемой панели), расположен снаружи от петли, образованной ремнем 221. Иглопробивной блок 200B, расположенный с той же стороны, что и петля 222 относительно плоскости движения 300, предпочтительно расположен внутри петли 222, образованной ремнем, которым сообщают ему движение. Этим устройством обеспечивают возможность одновременного прокалывания иглопробивными блоками 200A и 200B без риска столкновения их игл 124, особенно тогда, когда угол наклона одного из блоков сравнительно далеко отклоняется от угла 90° относительно слоев покрытий 21. Но также можно расположить упомянутый иглопробивной блок 200A внутри петли, образованной его ведущими ремнями, или расположить иглопробивной блок 200B снаружи от петли, образованной его ведущими ремнями.
На этапе регулирования устройства управления 210 наклон регулируемых частей 214 и 215 вокруг вала 216 регулируют в первую очередь, а затем регулируют угловое положение ведущих шкивов 219, 220 вокруг вала 216 таким образом, чтобы прокалывание осуществлялось одновременно несмотря на разницу фаз, которая может быть вызвана регулированием наклона. Может быть предусмотрен чередующийся порядок прокалывания, в частности, в случае прокалывания при компоновке «лицом к лицу».
В предпочтительном варианте решения желательно, чтобы ремни 219, 220 были зубчатыми. Тем не менее, могут быть предусмотрены и другие варианты решения системы привода, например, с использованием одного ремня или, наоборот, нескольких ремней для привода каждого иглопробивного блока, а также с использованием цепи или кривошипно-шатунного механизма.
Проникновение двух иглопробивных блоков 200A, 200B осуществляют в направлении к месту ввода матов, т.е. в направлении, противоположном направлению движения F1 матов. Натяжение матов в момент иглопрокалывания обеспечивают ведущими цилиндрами 143, описанными ниже, с возможностью растяжения матов между ведущими цилиндрами 143 и областью иглопрокалывания.
Может быть предусмотрено и проникновение двух иглопробивных блоков 200A, 200B в направлении к месту выпуска матов, т.е. в направлении движения F1 матов. В этом случае возможно обеспечение соответствующей системы управления, позволяющей предотвращать риск ослабления натяжения матов.
В примере на фиг.9 показано распределение отдельных пучков 71C, 71D волокон в поперечном сечении среднего слоя 3, полученного при расположении иглопробивных блоков, представленных на фиг.8. Некоторые из волокон принадлежат первому комплексу пучков 71C волокон, протянутых блоком 200A, имеющим наклонную ориентацию относительно слоев покрытий 21, а другие волокна принадлежат второму комплексу пучков 71D волокон, протянутых блоком 200B, имеющим наклонную ориентацию относительно слоев покрытий 21, и они наклонены в противоположном направлении относительно волокон первого комплекса пучков волокон.
В примере на фиг.10 показан вариант осуществления, представленный на фиг.8, в котором два иглопробивных блока 200A, 200B (оба) расположены под углом 90° относительно слоев покрытий 21. Получаемое распределение волокон показано на фиг.11. При таком конкретном угловом расположении двух иглопробивных блоков 200A, 200B получают панель, соответствующую прототипу, с распределением волокон, сравнимым с распределением волокон, описанным в документе EP 1686210 A1.
На фиг.12 представлено поперечное сечение устройства управления 210 в плоскости 301 на фиг.8. Как показано на фиг.12, иглопробивные блоки 200A, 200B содержат (каждый) игольную доску 123, жестко соединенную с балкой 223. Эти балки 223 соединены с возможностью скольжения их концами с двумя колоннами регулируемых частей 214 и 215. Ведущий вал 216, а также регулируемые части 214 и 215 направляют для вращения посредством четырех подшипников 230, соединенных с рамой изготавливающего устройства.
В примере на фиг.12 посредством рычага 225 поворачивают ведущий вал 216 с помощью регулировочного устройства 226. Регулировочное устройство 226 содержит два диска 227, 228, взаимно обездвиженных в примере посредством болтового устройства 229.
Может быть предусмотрено использование других обездвиживающих устройств, например, с использованием пальцев. Диск 227 жестко соединен с рычагом 225, а диск 228 жестко соединен с валом 216.
Сам рычаг вводят в действие посредством соединения малого конца стержня одноэксцентрикового привода (не показан).
В примере на фиг.12 движение от ведущего вала 216 сообщают иглопробивному блоку 200A или 200B, используя два ремня 221 или два ремня 222 соответственно, которые приводят в движение двумя ведущими шкивами 219 или двумя ведущими шкивами 220 соответственно. Ведущие шкивы 220 жестко закреплены на валу 216 таким образом, чтобы с помощью регулировочного устройства 226 обеспечивать регулирование величины проникновения иглопробивного блока 200B, в частности, как функции угла наклона направления прокалывания иглопробивного блока 200B.
С помощью двух регулировочных устройств 231, сравнимых с регулировочным устройством 226, обеспечивают возможность углового регулирования ремней 221 относительно трансмиссионного вала 216, таким образом обеспечивая регулирование величины проникновения иглопробивного блока 200A. Таким образом, обеспечивают взаимозависимость регулирования двух иглопробивных блоков 200A, 200B. Однако может быть предусмотрено использование различных регулировочных устройств, в частности независимых регулировочных устройств.
Если имеется более двух иглопробивных блоков, то может быть также предусмотрена возможность совместного регулирования определенных иглопробивных блоков.
Ниже описаны, со ссылками на фиг.13, 14 и 15, средства 100 для введения, содержащиеся в предпочтительном варианте осуществления изготавливающего устройства согласно изобретению. Средства 100 для введения содержат направляющую 110 для введения среднего слоя 3 в направлении подачи (стрелка F1, ранее названная «направлением движения»), влево на фиг.13, и направляющую 111, расположенную ниже по ходу от направляющей 110, для введения настила, содержащего средний слой 3, расположенный между двумя волокнистыми матами 21. Между направляющими 110 и 111 определено два паза 112 для введения: нижний и верхний соответственно, для введения каждого из матов 21 с верхней и нижней сторон соответственно, среднего слоя 3 на входе в направляющую 111, в направлении стрелок F2.
Средства 100 для введения, показанные на фиг.13, связаны с иглопробивным аппаратом 120, предназначенным для соединения среднего слоя 3 с двумя матами 21. Иглопробивной аппарат 120, в свою очередь, содержит:
- две съемные плиты 121, между которыми определен тракт иглопрокалывания 122 (проходящий в плоскости движения 300), представляющий продолжение тракта, проходящего через направляющую 111;
- две игольные доски 123, расположенные с каждой стороны, соответственно, тракта иглопрокалывания 122, где в каждой игольной доске 123 установлены иглы 124; при этом кончики игл 124 можно продвигать в область тракта иглопрокалывания 122 через пазы 126, сформированные между пластинами 127, составляющими съемные плиты 121 в области, где расположены иглы 124.
На фиг.13 иглопробивной аппарат 120 выполнен таким образом, чтобы можно было направлять проникновение игл 124 в направлении к выпуску матов, т.е. частично в направлении подачи F1 матов. При таком предпочтительном расположении обеспечивают возможность ослабления воздействия на механическую структуру панели во время изготовления в направлении ниже по ходу от иглопробивного аппарата относительно направления движения, но при этом требуется определенное натяжение волокнистых материалов выше по ходу от иглопробивного аппарата. Это решение благоприятно для введения порошковых материалов в панель, и при его использовании создается меньше помех для доступа к элементам для регулирования столов и съемных плит изготавливающего устройства согласно изобретению.
На фиг.14 иглопробивной аппарат 120 выполнен таким образом, чтобы направление проникновения игл 124 было в направлении к месту ввода матов, т.е. частично в направлении, противоположном направлению подачи F1 матов. При таком расположении обеспечивают возможность поддержания определенного натяжения изготавливаемой панели, создаваемого посредством ведущих цилиндров 143, но оно может быть неблагоприятным для подачи материалов с порошковыми включениями.
Каждая игольная доска 123 прикреплена к средству для сообщения возвратно-поступательного движения в заранее выбранном направлении таким образом, чтобы можно было вводить кончики игл 124 в область тракта иглопрокалывания 122 и отводить назад из нее. Подачу настила, состоящего из среднего слоя 3 и матов 21, в направлении стрелки F1 синхронизируют с движением игл 124 таким образом, чтобы настил продвигался вперед, когда иглы 124 выведены из тракта иглопрокалывания 122, и подачу настила приостанавливают, когда иглы 124 продвигают в тракт иглопрокалывания 122. В показанном примере иглы 124, расположенные с одной стороны тракта иглопрокалывания 122, смещены относительно игл 124, расположенных с другой стороны, что позволяет синхронизировать движение двух игольных досок 123 таким образом, чтобы можно было все иглы 124 одновременно вводить в тракт иглопрокалывания 122 и одновременно выводить их из него для обеспечения возможности подачи настила.
Функция игл 124 заключается в сопряжении с волокнами мата 21, расположенного со стороны, где расположены данные иглы, и в протягивании этих волокон в средний слой 3 настила. Когда иглы находятся в положении максимальной величины проникновения, как это показано на фиг.13, кончики игл доходят до противоположного мата 21. Таким образом, в этом варианте осуществления волокна, протягиваемые иглами, продвигают до тех пор, пока они ни достигают противоположного мата 21. Возможны даже условия, при которых иглы могут прокалывать противоположный мат, полностью или частично, для способствования взаимному проникновению протягиваемых волокон в противоположный мат.
Когда иглы 124 достигают противоположного мата 21, то с помощью этих игл можно также, альтернативно или дополнительно, обеспечивать протягивание волокон путем их вытягивания из мата 21 со стороны, противоположной стороне, с которой данные иглы расположены. В частности, иглы, содержащие зазубрины, предназначенные для оттягивания волокон «на себя», легче проталкивать в продукт во время иглопрокалывания. Это может быть особенно благоприятно при наклонном направлении проникновения согласно изобретению.
Обычно расположение игл в досках 123, частоту прокалывания иглами 124 и величину подачи продукта в направлении стрелки F1 выбирают в сочетании для получения желаемого рисунка протянутых волокон.
После выпуска из иглопробивного аппарата 120 полуфабрикат разрезают на панели путем разрезания в поперечном направлении с использованием известного резального устройства (не показано). На станции формования разрезанные панели укладывают в пресс-форму, в которую инжектируют скрепляющий материал, например полимер. Этот этап, являющийся стандартным, также не показан, так как он известен в области производства композитных панелей, так называемого типа «сандвич». Пресс-форма может быть плоской, для изготовления плоской панели, или, наоборот, не плоской, для одновременного деформирования плоского полуфабриката для получения готовой панели, имеющей желаемую неплоскую форму.
На фиг.16 показан пример изготавливающего устройства согласно изобретению.
Средства 100 для введения и иглопробивной аппарат 120 не описаны здесь повторно, так как они могут быть идентичны представленным на фиг.13. На выходе из аппарата 120 полуфабрикат пропускают между ведущими цилиндрами 143 подающего аппарата 142 с циклической подачей, приводимыми в движение серводвигателями. Периферия цилиндров 143 содержит облицовочный материал известного типа для обеспечения позитивного сцепления с полуфабрикатом, выпускаемым после иглопрокалывания. Дополнительный подающий аппарат 144 такого же типа расположен выше по ходу от средств 100 для введения, для циклической подачи материалов до их ввода в направляющую 110 (см. фиг.13). В ситуации начала процесса изготовления, показанного на фиг.16, где передний край полуфабриката еще не достиг расположенного ниже по ходу подающего аппарата 142, подачу обеспечивают с помощью расположенного выше по ходу аппарата 144. Затем два аппарата 142 и 144 действуют синхронно для подачи продукта, когда, как уже раскрыто со ссылками на фиг.13, иглы 124 выведены из продукта. Кроме того, в примере, показанном на фиг.16, материалы, представляющие средний слой 3 продукта, предварительно разрезают в поперечном направлении в местах 146 в соответствии с будущими поперечными краями панелей, подлежащих изготовлению. Таким образом, облегчают последующее разрезание панелей после иглопрокалывания, но до формования. Для гарантированного обеспечения того, чтобы последующий процесс разрезания совпадал с ранее разрезанными местами 146, последние содержит небольшой зазор. Благодаря наличию двух подающих аппаратов 142, 144, каждый предварительно отрезанный сегмент среднего слоя 3 принудительно транспортируют одним и/или другим из двух подающих аппаратов таким образом, чтобы зазор между предварительно выполненными резами 146 сохранялся до тех пор, пока не подойдет более позднее место реза (не показано). Стрелками F3 показано, что положение одного из подающих аппаратов (142) можно регулировать параллельно относительно направления подачи F1 продукта, в частности, для обеспечения того, чтобы расстояние между двумя подающими аппаратами 142, 144 было меньше расстояния между последовательными предварительными резами 146.
Рама 141 изготавливающего устройства, показанная на фиг.16, пригодна для поддержания, с каждой стороны плоскости движения среднего слоя 3, рулона предварительно упрочненного мата 147, так как этот мат представляет волокнистый мат 21, подаваемый через пазы 112 в направлении стрелок F2 (см. фиг.13). При таком режиме действия устройства требуется, чтобы была возможность изготовления или получения предварительно упрочненного мата. При таком режиме действия также требуется манипулирование рулонами 147, потребление которых может быть относительно частым, если принять, что способ согласно изобретению позволяет обеспечивать очень большую часовую производительность. Кроме того, из-за постепенной модернизации процесса изготовления, касающегося состава и/или ширины волокнистой армирующей структуры слоев покрытий, требуется обладать возможностью обеспечения другими рулонами 147 мата, имеющего желаемую структуру, размеры и/или состав. Очевидно, в частности, что налаживание специального производства может быть относительно трудоемким при использовании матов 147.
По этой причине, в частности, устройство, показанное на фиг.16, кроме того, содержит с каждой стороны плоскости движения среднего слоя 3, выше по ходу от средств 100 и от аппарата 120, резальный аппарат 148, с помощью которого преобразуют элементарные нити 149, поступающие с паковок 151, в резаное волокно 152, рассеиваемое по верхней поверхности среднего слоя 3 выше по ходу от расположенного выше по ходу подающего аппарата 144, и соответственно в резаное волокно 153, предназначенное для наложения в рассеянном виде на нижнюю сторону среднего слоя 3 через нижний паз 112 для введения (см. фиг.13). Элементарные нити 149 обычно являются неорганическими элементарными нитями (известными как «ровинг»). Волокно 152, 153 имеет штапельную длину, предпочтительно большую в 3-4 раза толщины среднего слоя 3. Таким образом, при обычном применении штапельная длина волокна составляет от 50 мм до 100 мм.
Для укладки волокна 152 непосредственно на верхнюю поверхность среднего слоя 3 используют силу тяжести. На раме 141, кроме того, поддерживают, над средним слоем 3, рулон 156 материала в виде ленты 157, имеющей по существу ту же самую ширину, что и средний слой 3, которую укладывают поверх уложенного волокна 152, в частности, для обеспечения предварительного закрепления волокна 152 на среднем слое 3.
Материал 157 в виде ленты вводят вместе с ранее уложенным волокном 152 между ведущими цилиндрами расположенного выше по ходу подающего аппарата 144 таким образом, чтобы цилиндрами аппарата 144 упаковать волокно 152 между средним слоем 3 и материалом 157 в виде ленты. Комплекс вводят в средства 100 через направляющие 110 (см. фиг.13). При таком режиме действия, в результате, направляющую 110 используют для введения не только среднего слоя 3, но также и волокнистой армирующей структуры верхнего слоя покрытия будущей панели.
На раме 141 поддерживают, ниже плоскости движения среднего слоя 3, дополнительный рулон 158 материала 159 в виде ленты, который может быть идентичен материалу 157 в виде ленты, но траектория движения которого такова, что на него насыпают разрезанное волокно 153, падающее из нижнего резального аппарата 148. Затем материал 159 в виде ленты направляют в нижний паз 112 для введения (см. фиг.13). На раме 141 поддерживают дополнительный рулон 161 третьего материала 162 в виде ленты, который укладывают поверх резаного волокна 153, уложенного на материал 159 в виде ленты. Волокно 153 прокладывают и упаковывают между материалами 159 и 162 в виде лент при пропуске комплекса между двумя направляющими давильными валами 163. Настил затем вводят в средства 100 через нижний паз 112.
Два материала 157 и 159 в виде лент, образующие две наружные лицевые поверхности продукта до нанесения покрытия, могут обычно быть легкими прочными полотнами, например, с поверхностной плотностью от 15 г/м2 до 30 г/м2. Прочное полотно, например, представлено термоскрепленным волокном, например, изготовленным из полипропилена, но оно может также быть полотном, сформированным из элементарных нитей («spun»), или также тканью, нетканым материалом, сеткой, изготовленными из неорганических, органических, растительных и других волокон, предназначенных для обеспечения прочности слоев покрытий и/или для выполнения других специальных желаемых функций. Материал 162 в виде ленты, подлежащий расположению между нижним волокном 153 и нижней поверхностью среднего слоя 3, может быть либо типа, подобного одному из этих описанных материалов 157 и 159, либо, например, значительно более тяжелым материалом, с поверхностной плотностью от 150 г/м2 до 300 г/м2, например, обладающим благоприятной функцией сохранения определенной объемности до стадии формования для дренирования пропитывающего полимера. Такой объемный нетканый материал может быть представлен полипропиленовым волокном. Также существуют дренажные материалы, обладающие по существу такими же свойствами, и их можно также использовать.
В примере, показанном на фиг.17 и 18, представлено изготавливающее устройство (описаны только его отличительные особенности в сравнении с изготавливающим устройством, представленным на фиг.13), содержащее гребенки 118, между которыми сформирован проход для пропуска среднего слоя 3 в направляющую 110. Гребенки 118 содержат, внутри направляющих 110 и 111, непрерывную стенку 118a. Выше по ходу от направляющей 110 из гребенок 118 образован сходящийся канал 118b, действующий как направитель материала в проходе направляющей 110. Гребенки 118 продолжены зубьями 119, совпадающими с пластинами 127 съемных плит 121. Пространства между зубьями 119 совпадают с пазами 126 между пластинами. Волокнистые армирующие структуры 21 пропускают между гребенками и съемными плитами. Иглы 124 вводят в пазы 126 между пластинами 127, проводят сквозь волокнистые армирующие структуры 21, затем проводят между зубьями 119 гребенок 118 для протягивания волокон в средний слой 3. Функция гребенок 118 заключается в поддержании волокнистых структур 21 во время иглопрокалывания для предотвращения сжатия среднего слоя 3 под воздействием нагрузок от иглопрокалывания, в частности, когда средний слой изготовлен из относительно легкого пенопласта. Концы зубьев 119 в их расположенной ниже по ходу части отделены друг от друга, и, таким образом, между ними сформированы проемы, через которые волокна, протянутые посредством иглопрокалывания, могут сходить с гребенки во время движения продукта ниже по ходу.
Конечно, изобретение не ограничено описанными и показанными примерами.
В частности, изготавливающее устройство согласно изобретению может содержать один иглопробивной блок. Может быть даже предусмотрено изготовление, с использованием такого устройства, панели, содержащей пучки протянутых волокон, проходящие вдоль различных направлений ориентации, путем осуществления нескольких циклов иглопрокалывания панели, отделенных, по меньшей мере, одним поворачиванием панели в ее собственной плоскости.
Если использованы волокна, пригодные к термосвариванию в естественных условиях или в результате предварительного нанесения покрытия, то можно изготовить панель без необходимости пропитки ее инжектированием полимера в пресс-форму, просто путем помещения полуфабриката в пресс-форму, нагреваемую до достаточной температуры для обеспечения возможности осуществления термосваривания всех волокон или части волокон.
Средний слой 3 может сам быть, по меньшей мере, частично, волокнистым.
Также возможно изготовление панели, имеющей две поверхности, профилированные таким образом, чтобы они не были плоскими.
Размеры панели согласно изобретению можно очень легко выбирать в зависимости от областей применения, которые могут включать: материалы для отделки салона автомобиля, для отделки кузовов автомобилей-внедорожников, кузовных частей или платформ шасси автомобилей, панели для строительства, для мебели, теплоизолирующие панели, кровельные панели, панели для внутренней отделки железнодорожных вагонов, самолетов или лодок, створки дверей и т.д. Панели могут быть изготовлены толщиной, без ограничений, от 10 мм до 150 мм. Используемые пластиковые материалы могут быть выбраны из термопластичных или термореактивных материалов. Ширина панелей относительно направления F1 может, в принципе, составлять в диапазоне от 1,5 м до 10 м.
Во всех показанных примерах компоненты среднего слоя 3 имеют стабильную форму на входе изготавливающего устройства.
Однако наличие различных описанных и показанных направляющих и поддерживающих систем, в частности гребенок 118, позволяет предусмотреть возможность использования среднего слоя 3, обладающего определенной податливостью или гибкостью, что затем позволяет формовать изделия сложной формы или со значительной деформацией, например, для изготовления частей для автомобилей или элементов, также имеющих сложную форму.
Также возможно согласно документу EP 0594700 B1 обеспечение возможности использования механических удерживающих устройств во время выполнения иглопробивных операций, в частности, вдоль продольных линий скрепления, что позволяет, если это желательно, вводить включенный компонент в продольное пространство, выполненное посредством механического действия между уже выполненными продольными скрепляющими линиями. Во время осуществления этапов иглопрокалывания эти механические удерживающие устройства действуют как средства для удерживания слоев покрытий на отдалении и действуют как опора во время протягивания пучков волокон, которыми присоединяют слои покрытий.
На входе изготавливающего устройства могут быть расположены средства для обработки, по меньшей мере, одного компонента среднего слоя 3 и/или, по меньшей мере, одного из слоев покрытий.
1. Композитная панель (1), содержащая два волокнистых слоя покрытий (2) и средний слой (3), расположенный во внутреннем объеме между слоями покрытий и связанный со слоями покрытий посредством отвердевшего скрепляющего материала (22), в котором связывающие волокна (7), начинающиеся, по меньшей мере, в одном из слоев покрытий, были протянуты в средний слой, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, часть протянутых волокон расположена, по меньшей мере, в одном направлении наклона относительно, по меньшей мере, одного из слоев покрытия, причем протянутые волокна ориентированы, по меньшей мере, в двух различных направлениях.
2. Панель по п.1, отличающаяся тем, что два направления ориентации включают ориентацию, по существу перпендикулярную, по меньшей мере, одному из слоев покрытий.
3. Панель по п.1, отличающаяся тем, что два направления ориентации наклонены в противоположные стороны относительно друг друга и относительно слоев покрытий.
4. Панель по п.1, отличающаяся тем, что протянутые волокна, проходящие вдоль первого направления ориентации, по существу параллельны первой плоскости ориентации (304); протянутые волокна, проходящие вдоль второго направления ориентации, по существу параллельны второй плоскости ориентации (305); причем первая плоскость ориентации (304) и вторая плоскость ориентации (305) расположены в поперечных направлениях относительно друг друга; при этом все волокна, проходящие вдоль первого направления ориентации, и волокна, проходящие вдоль второго направления ориентации, по существу параллельны плоскости совмещения (306), расположенной в поперечном направлении относительно плоскостей ориентации.
5. Панель по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что протянутые волокна сгруппированы в пучки (71) волокон, расположенные в местах (45), где также присутствует скрепляющий материал (74); каждый пучок (71) протянутых волокон, имеющий первое направление ориентации, пересекает или проходит по касательной относительно пучка протянутых волокон, имеющего второе направление ориентации.
6. Устройство для изготовления панели по одному из пп.1-5, отличающееся тем, что оно содержит:
- средства (100) для введения среднего слоя (3) между двумя волокнистыми слоями покрытий (21) в тракт иглопрокалывания вдоль направления движения (F1), так чтобы средний слой занимал объем, расположенный между слоями покрытий,
- по меньшей мере, один иглопробивной блок (200А, 200В), содержащий иглы (124) и выполненный для протягивания волокон (7), по меньшей мере, из одного из слоев покрытий (21) в средний слой; причем, по меньшей мере, один иглопробивной блок содержит средства (210) для введения в действие его игл в наклонном направлении согласно наклону направления прокалывания относительно плоскости движения (300) среднего слоя (3) и слоев покрытий так, что, по меньшей мере, часть протянутых волокон расположена, по меньшей мере, в одном направлении наклона относительно, по меньшей мере, одного из слоев покрытий, причем протянутые волокна ориентированы, по меньшей мере, в двух различных направлениях.
7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один иглопробивной блок содержит средства регулирования наклона направления прокалывания, вдоль которого его иглы вводят в действие относительно упомянутой плоскости движения.
8. Устройство по п.6 или 7, отличающееся тем, что оно содержит два иглопробивных блока, расположенных с каждой стороны плоскости движения.
9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что два блока выполнены с возможностью регулирования независимо друг от друга наклонов направлений прокалывания.
10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что управление двумя блоками осуществляют от одного вала (216), при этом устройство содержит средства регулирования настройки циклов прокалывания двух блоков относительно друг друга, в частности, как функции их соответствующего наклона направления прокалывания.
11. Устройство по п.6, отличающееся тем, что кончики игл, по меньшей мере, одного иглопробивного блока расположены в плоскости, по существу параллельной плоскости движения.
12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что иглы имеют одинаковую длину и содержат стержень, опирающийся на заднюю поверхность (123А) игольной доски (123), при этом такая задняя поверхность обычно по существу параллельна плоскости движения (300).
13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что задняя поверхность игольной доски содержит отверстия для удерживания и позиционирования стержней игл.
14. Устройство по п.6, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один иглопробивной блок (200А) имеет скос (302) вдоль края (303), поперечного плоскости движения (300) и обращенного к плоскости движения.
15. Устройство по п.7, отличающееся тем, что средства для приведения в действие содержат, по меньшей мере, один ремень (221), огибающий шкив (219), сидящий на валу (216), расположенном в поперечном направлении относительно направления движения среднего слоя (3) и слоев покрытий; причем, по меньшей мере, один иглопробивной блок содержит, по меньшей мере, один подвижный элемент (213, 123, 223), удерживающий иглы, прикрепленный к одной стороне ремня, при этом наклон направления прокалывания можно регулировать поворотом иглопробивного блока вокруг оси вала (216).
16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что средства для приведения в действие содержат второй ремень (222), огибающий второй шкив (220), сидящий на том же валу (216), и соединенный с подвижным элементом (213, 123, 223) второго иглопробивного блока (200В), воздействующего на другую сторону плоскости движения (300).
17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что вал (216) расположен с одной стороны плоскости движения; подвижный элемент, расположенный с той же стороны плоскости, что и вал (216), по существу расположен снаружи от петли, образованной соответствующим ремнем (221), а другой подвижный элемент по существу расположен внутри петли, образованной соответствующим ремнем (222).
18. Способ изготовления композитной панели (1) по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что посредством иглопрокалывания пучки волокон, по меньшей мере, одного из слоев покрытий протягивают вдоль, по меньшей мере, двух различных направлений ориентации в средний слой (3), причем, по меньшей мере, одно из направлений ориентации расположено наклонно по отношению, по меньшей мере, к одному из слоев покрытий.
19. Способ по п.18, отличающийся тем, что протянутые волокна, проходящие вдоль первого направления ориентации, по существу параллельны первой плоскости совмещения, по существу перпендикулярной поверхности, по меньшей мере, одного из слоев покрытий; при этом протянутые волокна, проходящие вдоль второго направления ориентации, по существу параллельны второй плоскости совмещения, по существу перпендикулярной поверхности этого же, по меньшей мере, одного из слоев покрытий; причем первая плоскость совмещения и вторая плоскость совмещения расположены в поперечном направлении относительно друг друга.
20. Способ по п.18 или 19, в котором указанную панель поворачивают между двумя циклами иглопрокалывания, во время каждого из которых волокна протягивают вдоль первого и второго направлений ориентации соответственно.
