Verfahren zur Herstellung geformter Gebilde aus Sandwich-Konstruktionen
Es ist bekannt, Sandwichplatten, bestehend aus einem Kern aus Schaumstoff mit offenen oder mit geschlossenen Zellen und aus Deckschichten, bestehend z. B. aus Metallen oder Polyesterschichten, gegegebenenfalls verstärkt mit Glasfasern usw., herzustellen. Bei dieser Herstellung handelt es sich praktisch ausschliesslich um die Herstellung planer Platten. Es ist auch bekannt, gebogene Sandwichkonstruktionen aus den genannten Materialien herzustellen.
In diesem Falle wird so vorgegangen, dass zuerst die Schaumstoffe thermoplastisch verformt werden, worauf die Deckschichten ein- oder beidseitig auf den verformten Schaumstoff aufgebracht werden, oder man hat zur Herstellung gebogener Sandwichplatten den umständlichen Weg eingeschlagen, den Hohlraum zwischen zwei gebogenen Deckschichten mit einer aufschäumbaren Masse zu füllen und hat dann durch Aufschäumen dieser Masse den Schaumkörperkern zwischen den beiden Deckschichten hergestellt.
Es wurde nun gefunden, dass man aus Schaumstoff und Deckschichten bestehende Sandwichplatten in technisch sehr wirtschaftlicher Weise Formgebilde herstellen kann, z. B. durch Tiefziehen, durch Vakuumverformen, durch Pressen, indem man solche Sandwichplatten verformt, die aus einem thermoplastischen Schaum stoff bestehen, welcher ein- oder beidseitig mit einer thermoplastischen Deckschicht überzogen ist.
Die Erfindung betrifft demnach ein Verfahren zur Herstellung geformter Gebilde oder Körper aus Sandwich-Konstruktionen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man eine Sandwichplatte, welche aus einem Kern aus thermoplastischen Schaumstoffen besteht und mindestens auf einer Seite mit einer festen thermoplastischen Deckschicht versehen ist, in der Wärme verformt.
Es war durchaus überraschend, dass man fertige Sandwichplatten beschriebener Art thermoplastisch, z. B. durch Tiefziehen, Pressen oder Vakuumverformung verformen kann, das heisst, ohne dass dabei der Schaumstoffkern zerstört oder die Deckschicht zerrissen wird. Den Verformungsvorgang wird man vorzugsweise bei den Temperaturen durchführen, bei welchen sich einerseits die Deckschichten in genügend thermoplastischem Zustand befinden, so dass sie genügend leicht dem Verformungsprozess folgen und anderseits der Kern aus Schaumstoff nicht so hoch erhitzt wird, dass er beschädigt oder gar zerstört wird.
Diese Temperaturen sind vom Material abhängig und können jeweils vom Fachmann festgestellt werden. Vorteilhafterweise wird auch der Schaumstoffkern in einen leicht thermoplastischen Zustand gebracht. Es gibt jedoch thermoplastische Schaumstoffe, wie z. B. solche aus nicht plastifiziertem Polyvinylchlorid, die schon bei geringer Erwärmung dem Verformungsprozess folgen, vorausgesetzt, dass dieser nicht zu rasch erfolgt. Diese letzte Eigenschaft erlaubt es ganz besonders, die Deckschichten durch rasches Aufwärmen in einen genügend plastischen Zustand zu bringen, so dass sie leicht verformbar sind, ohne dass man durch starkes Aufwärmen des Schaumstoffkerns diesem Schaden zufügt.
Man wird daher die Verformung zweckmässig derart ausführen, dass die Sandwichplatten erwärmt werden, bis die Deckschichten sich im leicht verformbaren, plastischen Zustand befinden und bis die innere Zellkörperschicht am Rande leicht erwärmt ist, worauf man dann, z. B. durch langsames Pressen oder Ziehen, die Platte verformt.
Als Schaumstoff kommt ein solcher mit offenen oder vorzugsweise geschlossenen Zellen in Betracht.
Schaumstoffe mit geschlossenen Zellen und regelmässiger Zellstruktur können z. B. nach dem Schwei zer Patent Nr. 277 087 hergestellt werden. Im Handel ist ein solches Material unter der eingetragenen Marke Airex erhältlich. Das spez. Gewicht der Schaumstoffe kann z. B. zwischen 0,8 und 0,05 kg ! dm3 sein. Die für die Sandwich-Konstruktionen verwendeten Zellkörperplatten werden z. B. aus grösseren Blöcken, wie sie in der Fabrikation anfallen, herausgeschnitten und weisen daher auf ihrer Oberfläche aufgeschnittene Zellen auf, die die gute Haftung des Kunststoffes am Schaumkörper begünstigen. Die thermoplastischen Schaumstoffe können aus Polymerisaten, wie z. B. Polyvinylchlorid, oder Mischpolymerisaten des Vinylchlorids mit Vinylacetat oder Vinylidenchlorid oder aus Polystyrol, Polyurethanen und aus natürlichen oder künstlichen Elastomeren bestehen.
Die thermoplastischen Deckschichten können z. B. aus Polyvinylchlorid oder Mischpolymerisaten eventuell unter Zusatz vorzugsweise geringer Mengen Weichmachungsmittel, ferner auch Polyäthylen oder Acetylcellulose bestehen.
Die zu verarbeitenden Sandwichplatten können auf jede beliebige Art hergestellt sein. Natürlich muss bei der Herstellung der zu verformenden Sandwichplatten darauf geachtet werden, dass die Verbindung zwischen Deckschicht und Schaumstoffkern genügend gut ist, um der Verformungsbeanspruchung standzuhalten. Die Verbindung kann z. B. durch Verwendung von thermoplastischen Klebern, wie Mischpolymerisaten aus Vinylchlorid und Vinylacetat ausgeführt werden. Solche thermoplastische Klebschichten folgen ohne weiteres dem Verformungsvorgang.
Interessanterweise kann die Klebung aber auch z. B. mit härtenden (vernetzenden) Klebstoffen ausgeführt sein, wie z. B. Isocyanatharzen, ohne dass die Verformbarkeit dabei leidet. Es ist nur darauf zu achten, dass die Klebschichten genügend dünn sind. Die Zellkörperschicht des Kerns kann z. B. 3-50 mm dick oder noch dicker sein, während die Deckschichten aus Kunststoff eine Dicke von z. B .0,1-1 mm oder auch mehr aufweisen können.
Wie gefunden wurde, haben Sandwichplatten aus einem solchen Schaummaterial, insbesondere aus solchen mit geschlossenen Zellen, in Verbindung mit festen thermoplastischen Deckschichten, sehr gute mechanische Eigenschaften. Je nach dem verwendeten Material müssen natürlich die Arbeitsbedingungen, wie Temperatur, Druck bzw. Vakuum und Zeit demselben angepasst werden. Zum Beispiel findet bei Sandwichplatten mit einem Schaumstoffkern aus Polyvinylchlorid mit geschlossenen Zellen und mit festen Deckschichten aus Hartpolyvinylchlorid die Verformung durch Pressen unter Erwärmung der Deckschichten bis zum schwach plastischen Zustand, z. B. auf 90-1400 C statt, wobei sich die äusseren Schichten des Schaumstoffkerns etwa auf 40 700 C befinden.
Das Verfahren gemäss der Erfindung gestattet, gegenüber den bisherigen Verfahren in wenigen einfachen Arbeitsgängen Formkörper aus den genannten Sandwichkonstruktionen zu erzeugen. So kann man beispielsweise Teile von Bootsrümpfen oder ganze Boote durch thermoplastische Verformung von Sandwichplatten erzeugen; ebenso ist es möglich, Flüssigkeitstanks, Fässer, Behälter und Karosserie -teile oder ganze Karosserien, Rohre, Wagendecken, z. B. von Eisenbahnwagen und anderes mehr, auf einfachste Weise zu erzeugen. Diese Gebilde zeichnen sich einerseits durch ein geringes spezifisches Gewicht, z. B. 1-0,5 kg(dm3, und anderseits durch ausserordentliche Schlagfestigkeit und hohe Elastizität aus, so dass sie sich nur schwer brechen und deformieren lassen. Sie haben ferner gute Isolationseigenschaften und können als Thermosgefässe verwendet werden.
Gegenüber der bisherigen Herstellungsweise von Formgebilden aus Sandwichplatten ergeben sich sehr grosse Einsparungen in den Herstellungskosten, z. B. gegenüber der bisherigen Sandwichbauweise für Boote aus Polyester mit Glasfaserschichten oder gegenüber der Herstellung von grösseren Gegenständen, wonach Polyvinylchloridschaumstoff zuerst verformt und dann beidseitig mit Glasfaserpolyesterschichten überzogen wird. In beiden Formen müssen die Kern- und Deckschichten mit sehr viel Handarbeit verformt und verbunden werden. Die viele Handarbeit verteuert aber in ausserordentlichem Masse die Herstellung, während mit der neuen Arbeitstechnik nach bekannten billigen Verformungsmethoden gearbeitet werden kann.
Process for the production of shaped structures from sandwich constructions
It is known, sandwich panels consisting of a core made of foam with open or closed cells and of cover layers consisting, for. B. from metals or polyester layers, if necessary reinforced with glass fibers, etc. to produce. This production is almost exclusively the production of flat panels. It is also known to produce curved sandwich structures from the materials mentioned.
In this case, the procedure is such that first the foams are thermoplastically deformed, whereupon the cover layers are applied to one or both sides of the deformed foam, or one has taken the awkward way to produce curved sandwich panels, the cavity between two curved cover layers with a foamable To fill mass and then produced the foam body core between the two cover layers by foaming this mass.
It has now been found that sandwich panels consisting of foam and cover layers can be produced in a technically very economical manner, e.g. B. by deep drawing, by vacuum forming, by pressing, by deforming such sandwich panels, which consist of a thermoplastic foam, which is coated on one or both sides with a thermoplastic cover layer.
The invention accordingly relates to a method for producing shaped structures or bodies from sandwich constructions, which is characterized in that a sandwich panel, which consists of a core made of thermoplastic foams and is provided with a solid thermoplastic cover layer on at least one side, is in the Deformed by heat.
It was quite surprising that finished sandwich panels of the type described are thermoplastic, e.g. B. can be deformed by deep drawing, pressing or vacuum deformation, that is, without destroying the foam core or tearing the cover layer. The deformation process is preferably carried out at temperatures at which, on the one hand, the cover layers are in a sufficiently thermoplastic state so that they follow the deformation process with sufficient ease and, on the other hand, the foam core is not heated to such an extent that it is damaged or even destroyed.
These temperatures depend on the material and can be determined by a person skilled in the art. The foam core is also advantageously brought into a slightly thermoplastic state. However, there are thermoplastic foams, such as. B. those made of non-plasticized polyvinyl chloride that follow the deformation process even at low temperatures, provided that this does not occur too quickly. This last property in particular allows the outer layers to be brought into a sufficiently plastic state through rapid heating so that they can be easily deformed without damaging the foam core by heating up the foam core too much.
It is therefore expedient to perform the deformation in such a way that the sandwich panels are heated until the cover layers are in the easily deformable, plastic state and until the inner cell body layer is slightly heated at the edge, whereupon, for. B. by slow pressing or pulling, the plate is deformed.
A foam with open or preferably closed cells can be considered.
Foams with closed cells and a regular cell structure can e.g. B. are manufactured according to the Swiss patent No. 277 087. Such a material is commercially available under the registered trademark Airex. The spec. Weight of the foams can e.g. B. between 0.8 and 0.05 kg! be dm3. The cell body panels used for the sandwich constructions are z. B. from larger blocks, as they arise in manufacture, cut out and therefore have cut open cells on their surface, which promote good adhesion of the plastic to the foam body. The thermoplastic foams can be made from polymers, such as. B. polyvinyl chloride, or copolymers of vinyl chloride with vinyl acetate or vinylidene chloride or made of polystyrene, polyurethanes and natural or synthetic elastomers.
The thermoplastic cover layers can, for. B. of polyvinyl chloride or copolymers possibly with the addition of preferably small amounts of plasticizers, also consist of polyethylene or acetyl cellulose.
The sandwich panels to be processed can be produced in any desired manner. Of course, when producing the sandwich panels to be deformed, care must be taken that the connection between the cover layer and the foam core is sufficiently good to withstand the deformation stress. The connection can e.g. B. by using thermoplastic adhesives such as copolymers of vinyl chloride and vinyl acetate. Such thermoplastic adhesive layers readily follow the deformation process.
Interestingly, the bond can also be used e.g. B. be carried out with curing (cross-linking) adhesives, such as. B. Isocyanate resins, without the deformability suffers. You just have to make sure that the adhesive layers are sufficiently thin. The cell body layer of the core can e.g. B. 3-50 mm thick or even thicker, while the top layers of plastic have a thickness of z. B. 0.1-1 mm or more.
As has been found, sandwich panels made from such a foam material, in particular from those with closed cells, in conjunction with solid thermoplastic cover layers, have very good mechanical properties. Depending on the material used, the working conditions such as temperature, pressure or vacuum and time must of course be adapted to the same. For example, in sandwich panels with a foam core made of polyvinyl chloride with closed cells and with solid cover layers made of hard polyvinyl chloride, the deformation takes place by pressing with heating of the cover layers to the weakly plastic state, e.g. B. at 90-1400 C instead, with the outer layers of the foam core at about 40 700 C.
The method according to the invention allows, compared to the previous methods, to produce molded bodies from the sandwich constructions mentioned in a few simple operations. For example, parts of boat hulls or entire boats can be produced by thermoplastic deformation of sandwich panels; It is also possible to use liquid tanks, barrels, containers and body parts or entire bodies, pipes, car ceilings, e.g. B. of railroad cars and other more to produce in the simplest possible way. These structures are characterized on the one hand by a low specific weight, e.g. B. 1-0.5 kg (dm3, and on the other hand by extraordinary impact resistance and high elasticity, so that they are difficult to break and deform. They also have good insulation properties and can be used as thermos flasks.
Compared to the previous method of manufacturing moldings from sandwich panels, there are very large savings in manufacturing costs, e.g. B. compared to the previous sandwich construction for boats made of polyester with fiberglass layers or compared to the production of larger objects, after which polyvinyl chloride foam is first deformed and then coated on both sides with fiberglass polyester layers. In both forms, the core and cover layers have to be shaped and connected with a great deal of manual work. The large amount of manual labor, however, makes the production extremely expensive, while the new working technique can be used according to known, cheap deformation methods.