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Verfahren zur Herstellung von Verbundkonstruktionen aus Schaumstoffen mit Kunststoffdeckschichten
Es ist bekannt, Formteile oder Platten aus Schaumstoffen zu erzeugen und diese Formteile oder Platten durch verfestigende Auflagen oder Einlagen zu verstärken. Die dabei zu verwendenden Schaumstoffe können auf Polystyrol-, Polyurethan-, Phenolharz-, Harnstoffharz- oder Polyvinylchloridbasis erzeugt werden.
Zwecks Verstärkung der Schaumstofformteile bzw. Schaumstoffplattenhat man beispielsweise elastische Glieder, z. B. Metallfedern, mit eingepresst oder Fasergewebe aufgelegt. Als Stützmaterialien für tragende dünne Deckschichten werden ausserdem bekannterweise Metall-, Holz-, Pappe- oder Kunststoffplatten verwendet.
Speziell die Kunststoffdeckplatten wurden bisher vorwiegend in einem getrennten Arbeitsgang auf die Schaumstoffschicht aufgebracht. Entweder klsbte man die fertige Deckplatte auf die fertige Schaumstoffschicht nachträglich auf, oder man härtete die Deckplatte zuerst aus, legte sie in die Form ein und schäumte dann den Schaumstoff darin aus. Derartige Kunststoffdeckschichten werden vielfach aus Kontaktharzen auf Basis ungesättigter Polyesterharze hergestellt. Man hat auch schon hochgefüllte oder mit Faserstoffeinlagen versehene Polyesterharze in die Form eingestrichen und den Polyurethanscnaumstoff gleichzeitig in der Form zum Ausschäumen gebracht, wobei die beim Schäumen freiwerdende Reaktionswärme zum Aushärten der Deckschicht ausgenützt wurde.
Anwendungsgebiete derartiger Formteile sind : Isoliertechnik, Karosserie-, Fahrzeug-, Flugzeug- und Schiffsbau sowie Bauteile für den Haus- und konstruktiven Ingenieurbau.
Es wurde nun gefunden, dass sich Verbundkonstruktionen aus Schaumstoffen mit Kunststoffdeckschichten in technisch vorteilhafter Weise herstellen lassen, indem man eine dem gewünschten Endprodukt entsprechende Form, z. B. eine rechteckige Kastenform mit einem elastischen, sich der Form anpassenden und mit einem anpolymerisierten, jedoch noch reaktionsfähigen Kontaktharz imprägnierten Trägermaterial auskleidet, den Schaumstoff in der so ausgekleideten Form erzeugt und gleichzeitig die Überführung des in dem Trägermaterial enthaltenen anpolymerisierteh Kontaktharzes in den auspolymerisierten Zu-
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Zweckmässigrung des Auspolymerisierens und der beim Schäumungsprozess entstehende Druck zum Verformen des Trägermaterials ausgenutzt.
Als elastisches, sich der Form anpassendes Trägermaterial werden zweckmässig Faserstoffbahnen verwendet, die mit Kontaktharzen, speziell mit Lösungen von ungesättigten Polyesterharzen in monomeren Vinylverbindungen, z. B. Styrol, imprägniert und dann einem Anpolymerisationsvorgang unterworfen wurden. Der Anpolymerisationsvorgang soll derart durchgeführt werden, dass die Kontaktharze ihren relativ dünnflüssigen Zustand verlieren und in einen höher viskosen Zustand überführt werden, der es verhindert, dass die anpolymerisierten Kontaktharze bei Zimmertemperatur von dem Fasermaterial abfliessen oder abtropfen.
Die Anpolymt ; ri. sation darf jedoch nur so weit durchgeführt werden, dass die Kontaktharze bei höheren Temperaturen, vorzugsweise be. ; Temperaturen über 700 C wieder verfliessen. Die nach dem Anpolymerisationsvorgang erhaltenen Faserstoffbahnen sollen kaum noch kleben und halbstarr, aber noch
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elastisch sein. Im allgemeinen liegt dieser Zustand vor, wenn der acetonunlösliche Harzrückstand nach der Extraktion der anpolymerisierten Matten nicht mehr als 25% beträgt. Wenn der acetonunlösliche Rückstand höher ist, verfliessen die anpolymerisierten Harze nicht mehr richtig, und es treten leicht beim Durchführen des Auspolymerisierens Entmischungserscheinungen auf. Man kann geeignete anpolymerisierte Trägermaterialien z.
B. derart herstellen, dass die als Ausgangsprodukte verwendeten Faserstoffe mit einem Gemisch aus einem ungesättigten Polyesterharz, einer daran anpolymerisierbaren monomeren Vinylverbindung, wenigstens llooberflächenaktiver anorganischer Füllstoffe, bezogen auf Polyester, und einer über 700 C als Polymerisationskatalysator wirkenden organischen Peroxydverbindung getränkt und durch Einwirken von Wärme z. B. bei Temperaturen von etwa 700 C anpolymerisiert werden, bis der gewünschte Zustand der Harze erreicht ist.
Das Verfahren gemäss der Erfindung bietet den Vorteil, dass die anpolymerisierten Faserstoffbahnen an senkrechten Flächen oder beliebig abgewinkelt aufgebracht werden können, ohne dass ein Verrutschen oder Wegfliessen der Bahn eintritt und sich somit beliebige Formteile, z. B. runde Behälter oder Kästen in technisch einfacher Weise herstellen lassen. Das Herstellungsverfahren ist einfach und vielseitig ; die Endprodukte besitzen verbesserte mechanische Eigenschaften, insbesondere eine gute Druckfestigkeit. Der Verbund an den Grenzflächen zwischen Deckschicht und Schaum ist im Gegensatz zum Verbund bei aufgeleimten Kunststoffplatten um ein Vielfaches besser.
Es tritt auch kein Verwerfen der Deckschichten bei Temperatur- oder Feuchtigkeitsschwankungen auf. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die in die Form eingelegten imprägnierten Trägermaterialien nicht zum Fliessen neigen, sich dadurch bei Verwendung von Polyurethanschaum nicht mit der Schaumstofflösung vermischen können, nur an den Randzonen eine homogene Bindung eingehen und so eine gleichmässige druckfeste Oberfläche garantieren. Mit Polystyrolschaum entsteht an der Berührungsfläche eine mechanische Bindung von ausserordentlich guter Haftfestigkeit.
Die gemäss der vorliegenden Erfindung zu verwendenden Polyurethanschaumstoffe sind als solche bekannt. Sie können beispielsweise hergestellt werden nach 0. Bayer,"Zeitschrift für Angewandte Chemie", 1937, S. 257 ff., besonders S. 267, sowie Bayer-Kunststoffe, Farbenfabriken Bayer AG., 1955, S. 57 ff.
Je nach Art der herzustellenden Formteile, z. B. ob dieselben :, llseitig geschlossen oder teilweise offen sein sollen, können verschiedene Schaumstoffe nach folgendem Verfahren angewendet werden :
1. Bei teilweise offenen Formteilen kann als Schaumstoff Polystyrol verwendet werden, u. zw. kann etwa 2/3 der Fläche des zu bildenden Schaumkörpers innerhalb der Form mit dem imprägnierten Trägermaterial ausgelegt werden. Nach Einbringen des Polystyrols wird die restliche freie Fläche in Form einer Siebplatte aufgelegt, durch welche Dampf von 1-2 atü (100-115 C) eingeblasen wird, der das Polystyrol zum Schäumen bringt. Die mit dem imprägnierten Trägermaterial belegten Seiten der Form werden gleichzeitig von aussen auf 110-1300 C zum Aushärten des ungesättigten Polyesterharzes aufgeheizt.
Der geringe Druck, der bei der Volumenvergrösserung des Polystyrols entsteht, genügt zum Verformen des Trägermaterials und zum Erzeugen einer glatten Oberfläche.
Eine Platte aus Polystyrolschaum kann beispielsweise an der einen Aussenfläche sowie an allen vier Seitenflächen und an zirka 1/3 der dampfseitig zugewandten Rückfläche mit imprägniertem Trägermaterial belegt sein. Dadurch entsteht einerseits ein sehr stabiler Körper, und man gewinnt anderseits breite Leimkanten zum eventuellen Aufkleben anderer Deckplatten auf der Rückseite, deren Dicke beim Bau der Form berücksichtigt werden kann.
2. Soll ein allseitig mit einer Oberflächenschicht belegter Formteil erzeugt werden, so wird z. B. eine schaumfähige Polyurethanmischung durch eine kleine Öffnung in die bereits innen mit dem Trägermaterial ausgekleidete Form eingegossen oder eingespritzt und die Öffnung verschlossen. Der sich nun entwickelnde Schaum verformt die Oberflächenschicht. Die Reaktionswärme trägt zur Aushärtung mit bei, wobei gleichzeitig von aussen Wärme zugeführt werden kann.
Je nach Art der Abmischung kann man elastische bis starre Schäume erzielen und analog elastische bis starre Deckschichten aufbringen.
Die imprägnierten Trägermaterialien können zwecks weiterer Vereinfachung des Verfahrens ein-oder beidseitig mit Kunstharzen, welche ein Treibmittel oder eine chemisch reaktionsfähige Kcmponente enthalten, belegt werden, die bei erhöhter Temperatur Schaumstoffe mit geschlossenen oder offenen Poren bilden, z. B. ein thermoplastischer Kunststoff mit Zusatz von Ammonbicarbonat. Der Erweichungspunkt des Harzes darf vom Zersetzungspunkt des Treibmittels nicht zu stark abweichen. Je nach der Schichtdicke lassen sich verschieden starke Schaumkörper erzeugen.
Zur Herstellung eines besonders stabilen, verwindungsfreien Schaumkörpers kann man ein beidseitig mit einem schaumfähigen Kunststoff belegtes imprägniertes Trägermaterial ins Innere der Form zusätzlich einlegen.
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Die Erfindung ist in den nachfolgenden nicht beschränkenden Ausführungsbeispielen näher erläutert. Beispiel l :
Ein geeignetes Trägermaterial wird folgendermassen hergestellt :
3,5 Gew.-Teile Kaolin
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<tb>
<tb> 2, <SEP> 0"kolloidale <SEP> Kieselsäure <SEP>
<tb> 44, <SEP> 9 <SEP> ungesättigtes <SEP> Polyesterharz <SEP> bestehend <SEP> z. <SEP> B. <SEP> aus <SEP>
<tb> 2 <SEP> Mol <SEP> Phthalsäureanhydrid
<tb> 1 <SEP> Mol <SEP> Maleinsäure <SEP> oder <SEP> Maleinsäureanhydrid
<tb> 3 <SEP> Mol <SEP> Äthylenglykol
<tb> 0,04 <SEP> Mol <SEP> Ricinusöl
<tb> 5, <SEP> 0"Diallylphthalat
<tb> 5, <SEP> 0"Styrol
<tb> 4, <SEP> 0"Triallylcyanurat
<tb> 6, <SEP> 3 <SEP> " <SEP> Acetobutyrat <SEP>
<tb> 20, <SEP> 0"Essigester
<tb> 7, <SEP> 8 <SEP> " <SEP> Aceton <SEP>
<tb> 1, <SEP> 5 <SEP> Benzoylperoxyd <SEP>
<tb>
Mit dieser Imprägnierlösung wird ein Fasergebilde, z. B.
Glasmatten, getränkt, so dass ein Glas-Bindemittelverhältnis von 35 : 65 Gew.-Teilen vorhanden ist. Dieses Material wird etwa 30 min bei 75-850 C getrocknet und noch zirka 24 Stunden der Lufttrocknung unterworfen. Der Endzustand muss so sein, dass sich die Oberfläche nicht oder sehr schwach klebrig anfühlt.
Zur Herstellung einer 10 cm starken Platte aus Polystyrolschaum mit einer Deckschicht und Seitenschichten aus mit Glasfasermatte verstärktem und anpolymerisiertem ungesättigtem Polyesterharz wird die eine Oberfläche und die vier schmalen Seitenflächen mit der zugeschnittenen vorimprägnierten Bahn ausgelegt und verschäumbares Polystyrol in körniger Form eingefüllt. Nach dem Schliessen der Form wird an der unbelegten, siebartigen Formfläche Dampf von 1-2 atü eingeblasen. Gleichzeitig werden die andem Seiten der Form auf 110-130 C aufgeheizt. Die Verschäumzeit des Polystyrols beträgt 5-20 min je nach der Schichtdicke des Schaumkörpers. Nach dieser Zeit wird der Formteil abgekühlt und nach kurzem nochmaligem Erwärmen entformt.
Beispiel 2 : Zur Herstellung eines türartigen Formteiles mit einer allseitig bedeckten Oberflä- chenschicht wird die ganze Oberfläche der Form mit der vorimprägnierten Trägerbahn ausgekleidet und die Form geschlossen. In eine kleine Öffnung wird die vorbereitete Polyurethanhartschaummischung rasch eingefüllt und die Öffnung verschlossen. Die Form wird von aussen zur Aushärtung der Deckschicht auf 100-150 C aufgeheizt. Durch den beim Schäumen entstehenden Druck tritt die Verformung ein.
Nach 6-10 min ist die Reaktion beendet und der Formteil wird wie oben entformt.
Beispiel 3 : Analog dem Beispiel 2 wird eine Platte aus einem imprägnierten Trägermaterial, welches nach dem Aushärten eine elastische, flexible Deckschicht ergibt, und einer weichen, elastischen Polyurethanschaumschicht angefertigt.
Beispiel 4 : 1h eine Form von zirka 5 cm innerer lichter Weite wird auf die untere Fläche eine vorimprägnierte Bahn, bestehend aus einem Faserstoff als Trägermaterial, welcher mit einem ungesättigtenpolyesterharz imprägniert und einseitig mit einer Schicht eines schaumfähigen Kunststoffes belegt ist, eingelegt, wobei die Deckschicht nach aussen zu liegen kommt. Die Form, die auf der gegenüberliegenden Seite, falls erforderlich, siebartig durchlöchert ist, wird geschlossen, dann unter eventuell gleichzeitigem Einblasen von Dampf auf 100-1300 C aufgeheizt und nach 5-30 min Reaktionszeit abgekühlt und entformt.
Beispiel 5 : Dieses Beispiel betrifft die Herstellung eines Bauelementes, das an der Aussenwand eine glatte Oberfläche besitzt und gemäss der im Bauwesen bekannten Honigwabenbauweise verstärkt ist.
Eine Plattenform, die etwa 1 m breit, 1, 5 m lang und entsprechend der gewünschten Schaumdicke hoch ist, wird an der unteren Fläche mit einer anpolymerisierten und imprägnierten Glas- oder Textilmatte im Sinne des Beispiels 1, Abs. 1, ausgekleidet. Auf die Matte wird das im Handel erhältliche Honigwabengebilde aus Papier, Metall oder andern Werkstoffen aufgelegt. Die nach oben offenen Zellen des Honigwabenbaues werden mit verschäumbare Polystyrol in körniger Form gefüllt. Dann wird die Form geschlossen und Dampf eingeblasen.
Bei Verwendung von Dampf mit 2-4 atü, u. zw. auf der Schaumstoffseite, genügt eine Dampfeinleitungszeit von etwa 2-4 Minuten (Dampfstoss) ; auf der Gegenseite, an welcher die vorimprägnierte Matte liegt, wird zwecks Auspolymerisation des Kontaktharzes Dampf mit etwa 4 atü für zirka 6-8 Minuten auf die Wand der Form geblasen. Die weitere Verarbeitung erfolgt in üblicher Weise.
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Mar erhält Bauelemente von sehr guten mechanischen Eigenschaften.
Beispiel 6 : Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung eines Bauelementes, das z. B. filr die Herstellung von Fussböden geeignet ist, da es besonders stoss- und druckfest ist. Die Form wird wie in Beispiel 5 mit der imprägnierten und anpolymerisierten Matte ausgelegt. An Stelle des Honigwabenbaues wird hier auf die Matte ein dünnes, festes Geflecht aus Stahldraht aufgelegt. Darauf kommt die zu bildende Schaumstoffschicht. Die Verarbeitung erfolgt analog zum Beispiel 5.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Verbundkonstruktionen aus Schaumstoffen mit Kunststoffdeckschichten durch Auskleidung einer dem gewünschten Endprodukt entsprechenden Form mit einem elastischen, sich der Form anpassenden Trägermaterial, das mit einem Kontakthaiz imprägniert ist, Erzeugung des Schaumstoffes in der so ausgekleideten Form und gleichzeitige Überführung des Kontaktharzes in den auspolymerisierten Zustand, dadurch gekennzeichnet, dass ein elastisches Trägermaterial verwendet wird, das mit einem anpolymerisierten, jedoch noch reaktionsfähigen Kontaktharz imprägniert ist.