AT503337B1

AT503337B1 - Verfahren zur herstellung eines sandwichartig aufgebauten verbundmaterials und verbundmaterial

Info

Publication number: AT503337B1
Application number: AT19882006A
Authority: AT
Inventors: Reinhard Dipl Ing Hafellner
Original assignee: Reinhard Dipl Ing Hafellner
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2012-01-15
Also published as: AT503337A3; AT503337A2

Description

österreichisches Patentamt AT503 337B1 2012-01-15

Beschreibung

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES SANDWICHARTIG AUFGEBAUTEN VERBUNDMATERIALS

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines sandwichartig aufgebauten Verbundmaterials aus einer Kernschicht aus Kunststoff und zumindest einer zugsteifen Schicht.

[0002] Sandwichartig aufgebaute Verbundmaterialien werden vielfach als Leichtbaukomponenten eingesetzt. Aus der EP 1 518 654 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Polyurethan-Sandwichelementen bekannt, welche eine obere Deckschicht und eine untere Deckschicht, beispielsweise aus Blech, und eine dazwischen liegende, mit den Deckschichten fest verbundene Schicht aus zelligem Polyurethan aufweist. Zur Herstellung des Sandwichelementes werden die beiden Deckschichten kontinuierlich in Längsrichtung gefördert und in den zwischen ihnen entstehenden Spalt ein Polyurethan-Reaktionsgemisch eingebracht. Die derart hergestellten Paneele haben eine Dicke von mindestens 20 mm. Aus der DE 201 19 367 U1 ist Sandwich-Verbundmaterial bekannt, welches zwei Metallplatten aufweist, die an einem Faserkern befestigt und durch diesen auch getrennt sind. Der Kern besteht aus einem porösen, Metallfasern aufweisenden Netzwerk. Aus der DE 202 01 922 U ist ein Sandwichmaterial mit einem Wabenkern aus Papier mit Stärken von 8 mm bis 100 mm bekannt, welches beidseitig mit einer Beschichtung aus Aluminiumblech oder glasfaserverstärktem Kunststoff versehen ist.

[0003] Sandwich-Verbundmaterialien in Leichtbauweise mit Gesamtdicken kleiner 2 mm lassen sich mit den obigen Verfahren, beispielweise mit dem aus der EP 1 518 654 bekannten Verfahren, nicht oder nur unter starkem Abfall der gewünschten Eigenschaften hersteilen.

[0004] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit welchem sehr dünne, leichte und biegesteife Sandwich-Verbundmaterialien mit einer Kernschicht aus einem Kunststoff-Schaum kostengünstig herstellbar sind.

[0005] Gelöst wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass die Kernschicht durch mechanisches Schneiden eines Kunststoff-Hartschaumblockes mit einer glatten, ungezackten und ungewellten Schneide bzw. Klinge hergestellt wird und nachfolgend zumindest eine zugsteife Schicht aus einer Folie durch ein Klebeverfahren aufgebracht wird. Bevorzugt werden Schäume mit einer durchschnittlichen Zellgröße kleiner als 0,4 mm verwendet.

[0006] Die Erfindung gestattet die kostengünstige Herstellung von Verbundmaterialien unter Verwendung besonders feinzeiliger Hartschaumkernschichten mit hoher Schubsteifigkeit in Kombination mit sehr dünnen leichten zugsteifen Schichten. Erfindungsgemäß hergestellte Verbundmaterialien weisen eine hohe Steifigkeit bei einem geringen Gewicht auf und können sehr dünn ausgeführt werden. Die Erfindung bietet den besonderen Vorteil, dass auch sehr feinzeilige Kunststoff-Hartschäume mit sehr geringen Porengrößen für einen Sandwichverbund erzeugt und als Kernschicht verwendet werden können, welche eine gute Homogenität und damit eine hohe Schubsteifigkeit auch bei geringen Stärken des Sandwichverbundes aufweisen. Der erfindungsgemäß hergestellte Gesamtverbund ist daher biegesteif und gleichzeitig leicht.

[0007] Besonders dünne Kernschichten lassen sich dadurch hersteilen, dass beim mechanischen Schneiden des Kunststoff-Hartschaumblockes der Winkel zwischen Schnittkante und Bewegungsrichtung der Schneide bzw. der Klinge maximal 80° beträgt. Alternativ dazu kann die Schneide bzw. Klinge während des Schneidens in Schnittkantenrichtung oszillierend hin- und herbewegt werden.

[0008] Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird beidseitig der Kernschicht eine zugsteife Schicht aufgebracht. Als zugsteife Schicht eignet sich Aluminiumfolie, welche aufgrund ihrer geringen Stärke und ihrer Zugsteifigkeit zur Herstellung sehr dünner Verbundmaterialien besonders gut einsetzbar ist. Ebenso verwendbar sind andere metallische Folienwerkstoffe, beispielsweise Stahlfolien, oder Kunststofffolien sowie Vliese aus Fasern. 1 /6 österreichisches Patentamt AT503 337B1 2012-01-15 [0009] Gemäß der Erfindung kann ferner zumindest eine zusätzliche Schicht eingebracht oder aufgebracht werden.

[0010] Als außen aufgebrachte Schichten kommen beispielsweise gummiartige weiche Werkstoffe in Frage, welche der Außenseite des Verbundmaterials einen Softtoucheffekt verleihen, oder Schichten aus Lack oder einem lackähnliche Eigenschaften aufweisenden Material.

[0011] Eine besonders haltbare Verbindung der Kernschicht mit der zugsteifen Schicht lässt sich durch Verkleben mittels einer Heißklebefolie erzielen. In diesem Zusammenhang ist es ferner vorteilhaft, wenn beheizte Walzen zur Verklebung verwendet werden.

[0012] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Verbundmaterial in einem nachträglichen Verfahrensschritt geformt, um es dem vorgesehenen Anwendungszweck anzupassen. Zum Formen des erfindungsgemäßen Verbundmaterials eignen sich beispielsweise Tiefziehen oder Prägen. Das geformte oder auch ungeformte Verbundmaterial kann ferner nachträglich im Spritzgussverfahren mit Kunststoff hinterspritzt werden oder es können auf das Verbundmaterial im Spritzgussverfahren Funktionselemente aufgebracht werden.

[0013] Die Erfindung betrifft ferner ein gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Verbundmaterial.

[0014] Auf das Gewicht des Verbundmaterials wirkt es sich besonders günstig aus, wenn die aus Kunststoff-Hartschaum bestehende Kernschicht eine Dichte kleiner als 250 kg/m3, insbesondere kleiner als 150 kg/m3, aufweist. Zur Herstellung besonders dünner und leichter Kernschichten eignen sich Kunststoff-Hartschäume auf der Basis von Polystyrol oder auf der Basis von Polypropylen.

[0015] Ein erfindungsgemäßes Verbundmaterial kann eine Kernschichtdicke kleiner als 2 mm, vorzugsweise sogar kleiner als 0,5 mm, und insgesamt eine Dicke kleiner als 3 mm, bei besonders dünnen Kernschichten sogar kleiner als 0,7 mm aufweisen. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Dicke jeder zugsteifen Schicht gemeinsam mit ihrer Klebeschicht höchstens 50 pm beträgt.

[0016] Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung, die schematisch ein Ausführungsbeispiel darstellt, näher beschrieben. Dabei zeigt [0017] Fig. 1 in einer Schnittdarstellung den Aufbau einer Ausführungsvariante eines erfin dungsgemäßen Verbundmaterials.

[0018] Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäß aus mehreren dünnen Schichten bestehenden, sandwichartig aufgebauten Verbundmaterials. Das gezeigte Verbundmaterial weist eine Kernschicht 1 aus einem Kunststoff-Hartschaum auf, welche beidseitig mittels einer Klebefolie 2 mit einer Deckschicht 3 aus einem zugsteifen Material verbunden ist. Die Kernschicht 1 besteht beispielsweise aus einem Schaumwerkstoff auf Basis von Polystyrol oder Polypropylen. Die durchschnittliche Zellgröße des verwendeten Schaumes sollte kleiner als 0,4 mm sein, bei der Herstellung dünner Kernschichten 1 entsprechend weniger. Die Dicke der Kernschicht 1 beträgt bis zu 4 mm, vorzugsweise weniger als 2 mm, dünne Kernschichten 1 weisen eine Dicke kleiner als 0,5 mm, insbesondere von etwa 0,2 mm bis 0,4 mm, auf. Die Kernschicht 1 wird durch mechanisches Schneiden eines Kunststoff-Hartschaumblockes unter Durchführen eines Schnittes mit einer glatten, ungezackten und ungewellten Klinge bzw. Schneide erstellt. Zum Abschneiden entsprechend dünner Schichten aus dem Kunststoff-Hartschaumblock wird die Klinge bzw. Schneide während des Schnittes vorzugsweise derart geführt, dass der Winkel zwischen der Schnittkante und der Bewegungsrichtung des Messers maximal 80° beträgt. Alternativ dazu kann die Klinge bzw. Schneide während des Schneidens in Schnittkantenrichtung oszillierend hin- und herbewegt werden. Die beidseitig auf die Kernschicht 1 aufgebrachten Klebefolien 2 sind bevorzugt dünne, etwa 10 pm bis 30 pm dicke Heißklebefolien aus einem thermoplastischen Polymer. Die Verbindung der Deckschichten 3 mit der Kernschicht 1 erfolgt vorzugsweise in einem kontinuierlichen Verfahren durch beheizte Walzen 4. Die beiden Deckschichten 3 bestehen aus einer Aluminiumfolie oder einer Stahlfolie, deren Dicke zwischen 8 pm bis 250 pm, insbesondere bis 80 pm, beträgt. Die Gesamtdicke jeder Folie 3 mit der zugehörigen Klebefolie 2 beträgt bei sehr dünnen Sandwichverbunden bevorzugt 2/6

Claims

österreichisches Patentamt AT503 337 B1 2012-01-15 höchstens 50 μηι. [0019] Zur Ausbildung dreidimensionaler Bauteilgeometrien kann das erfindungsgemäße Verbundmaterial in einem nächsten Verfahrensschritt geprägt oder tiefgezogen werden. Dies kann im warmen oder kalten Zustand erfolgen. [0020] Ebenso besteht die Möglichkeit des Hinterspritzens des Verbundmaterials mit einem thermoplastischen Material in einem Spritzgussprozess zur Anordnung von Funktions- und Befestigungselementen wie Schnappverbindungen, Lagerelemente, Befestigungsösen, Rippen, Designelemente und ähnlichem. [0021] Aus dem kontinuierlich und daher großflächig hergestellten Verbundmaterial können die benötigten Teile beispielsweise durch Stanzen separiert werden. Die Teile werden anschließend an den vorgesehenen Produkten befestigt. [0022] Je nach Einsatzzweck können für die Deckschicht 3 andere zugsteife Materialien als Aluminium verwendet werden, beispielsweise Vliese aus Glasfasern oder Kohlefasern, ferner diverse Kunststofffolien, beispielsweise aus Polyester oder aus Polypropylen. [0023] Es ist möglich, weitere Schichten einzubringen oder aufzubringen, um bestimmte vorteilhafte Eigenschaften zu erzielen, beispielsweise schwingungsdämpfende Eigenschaften, eine elektrische Abschirmfunktion, chemisch aktive Eigenschaften, Antikorrosionseigenschaften, Barriereeigenschaften, Flammschutzeigenschaften, Design- und optische Eigenschaften. Durch das Vorsehen von weichen, gummiartigen, strukturierten oder unstrukturierten Oberflächenschichten oberhalb der zugsteifen Deckschicht kann ein angenehmer Effekt beim Berühren erreicht werden. Dieser Effekt ist beispielsweise bei Bauteilen im Automobilinnenraum oft erwünscht. Des Weiteren kann bzw. können als äußere Schicht(en) Lack oder ein lackähnliches Material aufgebracht werden. [0024] Die Erfindung ermöglicht die Herstellung von Produkten mit sehr geringem Gewicht und bei hoher Steifigkeit. Diese Anforderung ist bei vielen Anwendungen in der Technik gegeben, beispielsweise in der Fahrzeugindustrie und in der Luft- und Raumfahrt. Anwendungsbeispiele im Kraftfahrzeugbereich sind Innenausstattungskomponenten und Karosserieteile. Weitere Anwendungsgebiete sind Mehrwegverpackungen und passiv oder aktiv vibrierende Bauteile, wobei diese aufgrund der Leichtbauweise nicht in Eigenfrequenz versetzt werden. [0025] Nach dem Verwendungszweck richtet sich auch die Dicke der Kernschicht 1 und der sonstige Aufbau des Verbundmaterials. Die Kernschicht 1 aus Kunststoff-Hartschaum kann ein-oder beidseitig mit mehreren Schichten aus einem zugsteifen Material versehen werden. Es ist ferner möglich, zwischen der Kernschicht 1 und den zugsteifen Schichten 3 eine oder mehrere Kunststofffolien als Zwischenschichten einzubringen. Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung eines sandwichartig aufgebauten Verbundmaterials aus einer Kernschicht (1) aus Kunststoffschaum durch Schneiden eines Schaumblockes und nachfolgendes Aufbringen zumindest einer zugsteifen Schicht, insbesondere einer Folie, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernschicht (1) in einer Dicke kleiner 2 mm durch mechanisches Schneiden eines Kunststoff-Hartschaumblockes aus Hartschaum mit einer durchschnittlichen Zellgröße von maximal 0,4 mm mittels einer glatten, ungezackten und ungewellten Schneide bzw. Klinge hergestellt wird und nachfolgend die zugsteife Schicht durch ein Klebeverfahren aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim mechanischen Schneiden des Kunststoff-Hartschaumblockes der Winkel zwischen Schnittkante und Bewegungsrichtung der Schneide bzw. Klinge maximal 80° beträgt. 3/6 österreichisches Patentamt AT503 337B1 2012-01-15
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneide bzw. Klinge während des Schneidens in Schnittkantenrichtung oszillierend hin- und herbewegt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig der Kernschicht (1) eine zugsteife Schicht (3) aufgebracht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass als zugsteife Schicht (3) eine Aluminiumfolie aufgebracht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass als zugsteife Schicht (3) eine Stahlfolie aufgebracht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass als zugsteife Schicht eine Kunststofffolie, beispielsweise aus Polyester oder Polypropylen aufgebracht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass als zugsteife Schicht ein Vlies aus Fasern, beispielsweise Glasfasern oder Kohlefasern, aufgebracht wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine zusätzliche Schicht eingebracht oder aufgebracht wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Schicht aus einem gummiartigen, weichen Werkstoff besteht.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Schicht aus Lack oder einem lackähnlichen Eigenschaften aufweisenden Material besteht.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die zugsteifen Schichten (3) mittels einer Heißklebefolie verklebt werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die zugsteifen Schichten (3) durch beheizte Walzen kontinuierlich verklebt werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das hergestellte, ebene Verbundmaterial nachträglich geformt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial durch Tiefziehen oder Prägen geformt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das hergestellte Verbundmaterial nachträglich im Spritzgussverfahren mit Kunststoff hinterspritzt wird oder auf das Verbundmaterial im Spritzgussverfahren Funktionselemente aufgebracht werden.
17. Sandwichartig aufgebautes Verbundmaterial mit einer Kernschicht (1) aus Kunststoffschaum und mit zwei zugsteifen Schichten, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernschicht (1) aus Hartschaum mit einer durchschnittlichen Zellgröße von maximal 0,4 mm und einer Dichte kleiner als 250 kg/m3 besteht und eine Dicke kleiner 2 mm aufweist, und dass die zugsteifen Schichten geklebt sind.
18. Verbundmaterial nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die aus Kunststoff-Hartschaum bestehende Kernschicht (1) eine Dichte kleiner als 150 kg/m3 aufweist.
19. Verbundmaterial nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff-Hartschaum auf Polystyrol basiert.
20. Verbundmaterial nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff-Hartschaum auf Polypropylen basiert.
21. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Kernschicht (1) kleiner als 0,3 mm ist. 4/6 österreichisches Patentamt AT503 337 B1 2012-01-15
22. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass seine Dicke kleiner als 3 mm, insbesondere kleiner als 0,7 mm, ist.
23. Verbundmaterial nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke einer zugsteifen Schicht (3) gemeinsam mit der Klebeschicht (12) höchstens 50 pm beträgt.
24. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die zugsteife Schichten Folien aus Aluminium, Stahl oder Kunststoff, beispielsweise aus Polyester oder Polypropylen, oder ein Vlies aus Fasern, beispielsweise Glasfasern oder Kohlefasern, sind.
25. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine zusätzliche Schicht vorgesehen ist, welche aus einem gummiartigen, weichen Werkstoff, aus Lack oder einem lackähnliche Eigenschaften aufweisenden Material besteht. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 5/6