Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Verbundstoffgegenstand, der eine Trägerschicht und auf einer Seite oder auf beiden Seiten der Trägerschicht eine ebene oder mit einem vorgegebenen Profil versehene Verkleidung aufweist, und auf Verfahren zur Herstellung desselben.
Bisher konnten mit einem Profil versehene Originale, wie Vollplastiken, Reliefs oder Naturformen, nur durch Abformung in einer weichen bis flüssigen, später erhärtenden Masse, wie feuchter Ton, Wachs oder besonders Gips, reproduziert werden. Die so gewonnene Hohlform, die Negativform, wurde dann mit Gips, Zement, Kunststeinmasse, Metallen oder ähnlichen Materialien ausgegossen oder gestampft.
Die Erfindung stellt nun die Möglichkeit zur Verfügung, mit einem Profil versehene Verbundstoffgegenstände in einfacher und wirtschaftlicher Weise herzustellen.
Die erfindungsgemässen Verbundstoffgegenstände können für die verschiedensten Zwecke verwendet werden, so z.B. als Bauteile für Schiffsrümpfe und Autokarosserien sowie für den Flugzeugbau und in der Solartechnik, als Zisternen für Zisternenfahrzeuge, wie Tanklastwagen und Müllabfuhrfahrzeuge, als Dächer für Eisenbahnwaggons, als gegebenenfalls verstärkte Platten mit oder ohne Profil, z.B. Wandplatten mit oder ohne Dekor, als Telefonstangen, als Rohre, als Formen in Giessereien, als Bauteile für vor gefertigte Häuser, in der Elektronik als Lötplatten, Verschalungen, Schalterplatten, Schalterkästen, Verkleidungen usw., als Reproduktionen von Reliefs oder Profilen aus beliebigen Materialien, wie dekorative Reliefs oder Skulpturen usw.
Die erfindungsgemässen Verbundstoffgegenstände sind dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Trägerschicht aus faserverstärktem Kunstharz oder aus Metall aufweisen, die auf einer Seite oder auf beiden Seiten eine aus einer oder mehreren Metallschichten bestehende, ebene oder mit einem vorgegebenen Profil versehene Verkleidung trägt, wobei die mit der Trägerschicht in Berührung stehende(n) Metallschicht(en) aus Zink oder Aluminium oder Stahl besteht bzw. bestehen.
Die Metallpartikel der mit der Trägerschicht in Berührung stehenden Metallschicht oder Metallschichten haben vorzugsweise einen mittleren Partikeldurchmesser von 0,5 bis 1,2 mm. Diese aus Zink oder Aluminium oder Stahl bestehenden Schichten erscheinen somit unter dem Mikroskop rauh.
Auf der Metallschicht oder den Metallschichten, die mit der Trägerschicht in Berührung ist bzw. sind und aus Zink oder Aluminium oder Stahl besteht bzw. bestehen, kann sich mindestens eine weitere Metallschicht befinden, die beispielsweise aus Aluminium, Bronze, Kupfer, Messing, Stahl oder Zink bestehen kann.
Die Trägerschicht besteht vorzugsweise aus einem ungesättigten Polyesterharz, einem Epoxidharz oder einem Phenol-Formaldehyd-Harz, das mit Glasfasern, Kohlenstoff-Fasern, Graphitfasern oder Aramidfasern verstärkt ist, oder aus Aluminium, Zink oder Stahl, insbesondere aus rostfreiem Stahl. Wenn die Trägerschicht aus faserverstärktem Kunstharz besteht, kann sie eine Verstärkung, beispielsweise eine gelochte Metallplatte, ein Drahtnetz oder ein Metallgewebe, enthalten.
Die erfindungsgemässen Verfahren zur Herstellung von solchen Verbundstoffgegenständen sind in den Ansprüchen 7, 10, 17 und 19 definiert. Vorzugsweise geht man wie folgt vor:
Als Modell für Verkleidung verwendet man einen Gegenstand aus z.B. Stein, wie Marmor, Gussmetall, wie Eisen, Gips, feuchtem Ton usw., der eine ebene oder das Negativ des vorgegebenen Profils aufweisende Oberfläche hat. Wenn das Modell nicht aus feuchtem Ton besteht, bringt man auf die genannte Oberfläche ein Trennmittel auf, vorzugsweise Polyvinylalkohol oder ein Silikon, zweckmässig in Form eines Silikonsprays, wenn die Trägerschicht aus faserverstärktem Kunststoff besteht, oder ein bei hoher Temperatur, vorzugsweise bis mindestens 400 DEG C, beständiges Wachs, wenn die Trägerschicht aus Metall, wie Stahl, besteht. Das Silikon soll nicht fetthaltig sein. Bei Verwendung eines Modells aus feuchtem Ton braucht kein Trennmittel aufgebracht zu werden.
In jedem Fall bringt man auf die ebene oder mit dem Negativ des vorgegebenen Profils versehene Oberfläche des Modells bzw. auf das darauf befindliche Trennmittel mit der Spritzpistole eine Schicht von Zink oder Aluminium oder Stahl auf. Diese Schicht erscheint unter dem Mikroskop rauh. Sie hat vorzugsweise eine Dicke von ca. 0,8 mm.
Wenn man einen Verbundstoffgegenstand herzustellen wünscht, dessen Trägerschicht aus faserverstärktem Kunstharz besteht, trägt man auf die Zink- oder Aluminium- oder Stahlschicht eine erste Schicht aus flüssigem Kunstharz, z.B. aus einem der oben erwähnten flüssigen Kunstharze, auf, z.B. durch Aufstreichen oder Aufspritzen. Auf die noch flüssige Kunstharzschicht legt man eine Matte oder ein Gewebe aus Verstärkungsfasern, z.B. Fasern einer der obigen Typen, auf, oder man spritzt eine Schicht aus Verstärkungsfasern auf. Auf die Matte oder das Gewebe oder die Schicht aus Verstärkungsfasern bringt man eine weitere Schicht des flüssigen Kunstharzes auf.
Darauf presst man die Matte oder das Gewebe oder die Schicht aus Verstärkungsfasern, das bzw. die mit dem flüssigen Kunstharz getränkt ist, an die ebene oder mit dem Negativ des vorgegebenen Profils versehene Oberfläche an, z.B. von Hand oder mit einer Profilpresse, und lässt das flüssige Kunstharz dann trocknen und härten. Erforderlichenfalls kann man auf die getrocknete und gehärtete Schicht aus faserverstärktem Kunstharz eine weitere Schicht aus dem flüssigen Kunstharz aufbringen und die vorhergehenden vier Verfahrensschritte wiederholen und damit fortfahren, bis die Trägerschicht die erforderliche Dicke hat.
Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass man die Zink- oder Aluminium- oder Stahlschicht, die, wie gesagt, mikroskopisch rauh ist, mit einem faserverstärkten Kunstharz verbinden kann. Bisher war es nicht gelungen, Zink oder Aluminium oder Stahl direkt mit faserverstärktem Kunstharz zu verbinden. Wenn Zink oder Aluminium oder Stahl auf ein faserverstärktes Kunstharz aufgebracht wird, z.B. mit einer Spritzpistole, haftet es nicht. Hingegen wird das flüssige Kunstharz beim erfindungsgemässen Verfahren in der mikroskopisch rauhen Zink- oder Aluminium- oder Stahlschicht verankert.
Gewünschtenfalls kann die erste Schicht aus dem flüssigen Kunstharz Glasbruch oder Glasperlen oder Sand strahlmittel, beispielsweise Hochofen-oder Schmelzkammerschlacke, enthalten, um die Bildung von Luftblasen zu verhindern. Man kann auch eine Verstärkung, beispielsweise eine gelochte Metallplatte, ein Drahtnetz oder ein Metallgewebe, in die Trägerschicht einlegen.
Vorzugsweise verwendet man als flüssiges Kunstharz ein ungesättigtes Polyesterharz und als Verstärkungsfasern Glasfasern. Angaben über faserverstärkte Kunstharze finden sich z.B. in Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, Band 23, Seite 511 ff. und Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A7, page 369 ff, VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim/Bergstr., Bundesrepublik Deutschland, 1986.
Wenn das Modell aus feuchtem Ton besteht, wäscht man diesen nun ab oder aus. Wenn das Modell nicht aus feuchtem Ton besteht, löst man die wie oben hergestellte Trägerschicht zusammen mit der Zink- oder Aluminium- oder Stahlschicht von dem Modell ab, was wegen der Verwendung des Trennmittels nicht schwierig ist. Auf die in beiden Fällen freigelegte Zink- oder Aluminium- oder Stahlschicht kann man nun mindestens eine weitere Metallschicht, vorzugsweise aus einem der oben erwähnten Metalle aufbringen, vorzugsweise mit einer Spritzpistole.
Ein Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass man Gegenstände mit metallischer Oberfläche herstellen kann, die wesentlich leichter sind als entsprechende massive Metallgegenstände. Wenn man von zwei einander entsprechenden Modellen ausgeht und zwischen die erhaltenen Zink- oder Aluminium- oder Stahlschichten jeweils flüssiges Kunstharz und mindestens zwei Matten oder mindestens zwei Gewebe oder mindestens zwei Schichten aus Verstärkungsfasern einbringt, kann man auch Sandwichstrukturen herstellen. Ferner kann man ausgehend von einem Original zunächst ein Negativ und dann ausgehend von dem Negativ eine Reproduktion des Originals herstellen.
Wenn man einen Gegenstand herzustellen wünscht, dessen Trägerschicht aus Metall besteht, ist das Verfahren bis einschliesslich der Aufbringung der Zink- oder Aluminium- oder Stahlschicht auf die ebene oder mit dem Negativ des vorgegebenen Profils versehene Oberfläche des Modells gleich.
Dann bringt man auf die Zink- oder Aluminium- oder Stahlschicht eine Schicht aus dem Metall der Trägerschicht, beispielsweise einem der oben angegebenen Metalle, vorzugsweise rostfreiem Stahl, auf. Zweckmässig bringt man die Trägerschicht durch Aufgiessen auf, wobei der Schmelzpunkt der Unterlage nicht niedriger sein darf als der Schmelzpunkt des Metalls der Trägerschicht.
Man verfährt nun weiter wie im Falle einer Trägerschicht aus faserverstärktem Kunstharz, das heisst, man wäscht den Ton ab oder aus bzw. löst die Trägerschicht zusammen mit der Zink- oder Aluminium- oder Stahlschicht von dem Modell ab und bringt auf die freigelegte Trägerschicht gewünschtenfalls eine weitere Metallschicht auf.
Dieses Verfahren eignet sich vor allem für die Herstellung von Gussformen und anderen Gegenständen, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind.
Man kann zwei auf diese Weise erhaltene Verbundstoffgegenstände derart miteinander verbinden, dass zwischen ihnen ein Hohlraum entsteht z.B. durch Löten oder Schweissen. Dabei kann man den Hohlraum gewünschtenfalls mit Metall ausgiessen.
Die Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
die Figuren 1 bis 4 verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verbundstoffgegenstandes und
Fig. 5 ein Stadium des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemässen Verbundstoffgegenstandes.
Der in Fig. 1 dargestellte Verbundstoffgegenstand besteht aus einer Metallschicht 1, die beispielsweise aus Aluminium, Bronze, Kupfer, Messing, Stahl oder Zink besteht, und einer Schicht 2 aus Zink oder Aluminium oder Stahl, die mit der Trägerschicht 3 in Berührung ist. Die Trägerschicht 3 besteht aus faserverstärktem Kunststoff oder aus Metall. Die Schicht 1 kann auch fehlen.
Der in Fig. 2 wiedergegebene Verbundstoffgegenstand weist eine Metallschicht 1, eine Schicht 2 aus Zink oder Aluminium oder Stahl und eine Trägerschicht 3 aus faserverstärktem Kunststoff auf, in die eine Verstärkung 4, beispielsweise eine gelochte Metallplatte, ein Drahtnetz oder ein Metallgewebe, eingelegt ist.
Fig. 3 zeigt einen Verbundstoff, bei dem die Trägerschicht 3 auf beiden Seiten je eine Schicht 2 aus Zink oder Aluminium oder Stahl trägt. Auf die eine Schicht 2 sind zwei Schichten 1a, 1b aus verschiedenen Metallen aufgetragen, während auf die andere Schicht 2 zwei Schichten 1c, 1d aus anderen Metallen aufgebracht sind. Die gestrichelte Linie zeigt, wo die beiden Teile des Gegenstandes zusammengefügt wurden.
In Fig. 4 ist ein Verbundstoffgegenstand darge stellt, der ebenfalls auf beiden Seiten der Trägerschicht 3 je eine Schicht 2 aus Zink oder Aluminium oder Stahl aufweist. Auf jeder Schicht 2 befindet sich eine weitere Schicht 1 aus einem anderen Metall. In die Trägerschicht 3 aus faserverstärktem Kunststoff sind zwei Verstärkungen 4 eingelegt. Auch in diesem Fall gibt die gestrichelte Linie an, wo die beiden Teile des Gegenstandes zusammengefügt wurden.
Fig. 5 zeigt das Stadium des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemässen Verbundstoffgegenstandes, das erreicht wird, indem auf die mit einem Profil versehene Oberfläche eines Modells 5 ein Trennmittel 6 aufgebracht und auf das Trennmittel 6 eine Schicht 2 aus Zink oder Aluminium oder Stahl aufgespritzt wird, auf die die Trägerschicht 3 aufgebracht wird. Die Trägerschicht 3 kann zusammen mit der Zink- oder Aluminium- oder Stahlschicht 2 von dem Modell 5 abgelöst werden. Wenn das Modell 5 aus feuchtem Ton besteht, wird die Trennmittelschicht 6 weggelassen und die Schicht 2 direkt auf das Modell 5 gespritzt. Der feuchte Ton des Modells 5 wird dann ab- bzw. ausgewaschen.
The present invention relates to a composite article having a backing and having a flat or profiled cladding on one or both sides of the backing and methods of making the same.
Until now, originals with a profile, such as full sculptures, reliefs or natural forms, could only be reproduced by molding in a soft to liquid, later hardening mass, such as moist clay, wax or especially plaster. The hollow form thus obtained, the negative form, was then poured or stamped with plaster, cement, artificial stone, metals or similar materials.
The invention now makes it possible to produce composite objects with a profile in a simple and economical manner.
The composite articles according to the invention can be used for a wide variety of purposes, e.g. as components for ship hulls and car bodies as well as for aircraft construction and solar technology, as cisterns for cistern vehicles, such as tank trucks and refuse collection vehicles, as roofs for railway wagons, as possibly reinforced panels with or without profile, e.g. Wall plates with or without decor, as telephone poles, as pipes, as molds in foundries, as components for prefabricated houses, in electronics as solder plates, cladding, switch plates, switch boxes, cladding, etc., as reproductions of reliefs or profiles made of any material, like decorative reliefs or sculptures etc.
The composite objects according to the invention are characterized in that they have a carrier layer made of fiber-reinforced synthetic resin or of metal, which on one side or on both sides carries a covering consisting of one or more metal layers, flat or provided with a predetermined profile, the covering with the carrier layer the metal layer (s) in contact consists of zinc or aluminum or steel.
The metal particles of the metal layer or metal layers in contact with the carrier layer preferably have an average particle diameter of 0.5 to 1.2 mm. These layers made of zinc or aluminum or steel thus appear rough under the microscope.
At least one further metal layer, for example made of aluminum, bronze, copper, brass, steel or, can be located on the metal layer or the metal layers that are or are in contact with the carrier layer and consist or consist of zinc or aluminum or steel Zinc can exist.
The carrier layer preferably consists of an unsaturated polyester resin, an epoxy resin or a phenol-formaldehyde resin which is reinforced with glass fibers, carbon fibers, graphite fibers or aramid fibers, or from aluminum, zinc or steel, in particular from stainless steel. If the carrier layer consists of fiber-reinforced synthetic resin, it can contain a reinforcement, for example a perforated metal plate, a wire mesh or a metal mesh.
The methods according to the invention for the production of such composite articles are defined in claims 7, 10, 17 and 19. The preferred procedure is as follows:
An object made of e.g. Stone, such as marble, cast metal, such as iron, plaster, damp clay, etc., which has a flat surface or has the negative of the given profile. If the model does not consist of moist clay, a release agent is applied to the surface, preferably polyvinyl alcohol or a silicone, expediently in the form of a silicone spray, if the carrier layer consists of fiber-reinforced plastic, or at a high temperature, preferably up to at least 400 ° C, stable wax if the base layer is made of metal such as steel. The silicone should not be greasy. When using a model made of moist clay, no release agent needs to be applied.
In any case, a layer of zinc or aluminum or steel is applied to the flat surface of the model or the surface of the model with the negative of the specified profile or to the release agent on it. This layer appears rough under the microscope. It preferably has a thickness of approximately 0.8 mm.
If one wishes to produce a composite article, the backing layer of which is made of fiber-reinforced synthetic resin, a first layer of liquid synthetic resin, e.g. from one of the above-mentioned liquid synthetic resins, e.g. by spreading or spraying. A mat or a fabric made of reinforcing fibers, e.g. Fibers of one of the above types, or a layer of reinforcing fibers is sprayed on. Another layer of the liquid synthetic resin is applied to the mat or the fabric or the layer of reinforcing fibers.
Then the mat or the fabric or the layer of reinforcing fibers, which is impregnated with the liquid synthetic resin, is pressed onto the flat surface or provided with the negative of the given profile, e.g. by hand or with a profile press, and then lets the liquid synthetic resin dry and harden. If necessary, a further layer of the liquid synthetic resin can be applied to the dried and hardened layer of fiber-reinforced synthetic resin, and the previous four process steps can be repeated and continued until the carrier layer has the required thickness.
This procedure has the advantage that the zinc or aluminum or steel layer, which, as said, is microscopically rough, can be connected with a fiber-reinforced synthetic resin. So far it has not been possible to combine zinc or aluminum or steel directly with fiber-reinforced synthetic resin. When zinc or aluminum or steel is applied to a fiber reinforced synthetic resin, e.g. with a spray gun, it does not stick. In contrast, the liquid synthetic resin is anchored in the method according to the invention in the microscopically rough zinc or aluminum or steel layer.
If desired, the first layer of the liquid synthetic resin can contain broken glass or glass beads or sandblasting media, for example blast furnace or smelting chamber slag, in order to prevent the formation of air bubbles. A reinforcement, for example a perforated metal plate, a wire mesh or a metal mesh, can also be inserted into the carrier layer.
An unsaturated polyester resin is preferably used as the liquid synthetic resin and glass fibers as the reinforcing fibers. Information about fiber-reinforced synthetic resins can be found e.g. in Ullmann's Encyclopedia of Technical Chemistry, 4th edition, volume 23, page 511 ff. and Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A7, page 369 ff, VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim / Bergstr., Federal Republic of Germany, 1986.
If the model is made of moist clay, you can wash it off or off. If the model is not made of moist clay, the carrier layer prepared as above together with the zinc or aluminum or steel layer is detached from the model, which is not difficult because of the use of the release agent. On the zinc or aluminum or steel layer exposed in both cases, at least one further metal layer, preferably made of one of the metals mentioned above, can now be applied, preferably with a spray gun.
An advantage of this method is that it is possible to produce objects with a metallic surface that are considerably lighter than corresponding solid metal objects. If you start from two corresponding models and insert liquid synthetic resin and at least two mats or at least two fabrics or at least two layers of reinforcing fibers between the zinc or aluminum or steel layers obtained, sandwich structures can also be produced. Furthermore, starting from an original, a negative can be produced and then a reproduction of the original based on the negative.
If one wishes to produce an object, the carrier layer of which is made of metal, the method is the same up to and including the application of the zinc or aluminum or steel layer on the flat surface of the model or provided with the negative of the predetermined profile.
Then a layer of the metal of the carrier layer, for example one of the metals specified above, preferably stainless steel, is applied to the zinc or aluminum or steel layer. The support layer is expediently applied by pouring on, the melting point of the substrate not being lower than the melting point of the metal of the support layer.
The procedure is now the same as in the case of a carrier layer made of fiber-reinforced synthetic resin, that is to say, the clay is washed off or off, or the carrier layer is removed from the model together with the zinc or aluminum or steel layer and, if desired, is applied to the exposed carrier layer another layer of metal.
This process is particularly suitable for the production of molds and other objects that are exposed to high temperatures.
Two composite objects obtained in this way can be joined together in such a way that a cavity is created between them, e.g. by soldering or welding. If necessary, the cavity can be poured out with metal.
The invention will now be explained with reference to the accompanying drawing.
The drawing shows:
Figures 1 to 4 different embodiments of the composite object according to the invention and
5 shows a stage of the method for producing a composite article according to the invention.
The composite object shown in Fig. 1 consists of a metal layer 1, which consists for example of aluminum, bronze, copper, brass, steel or zinc, and a layer 2 of zinc or aluminum or steel, which is in contact with the carrier layer 3. The carrier layer 3 consists of fiber-reinforced plastic or metal. Layer 1 may also be missing.
The composite object shown in FIG. 2 has a metal layer 1, a layer 2 made of zinc or aluminum or steel and a carrier layer 3 made of fiber-reinforced plastic, into which a reinforcement 4, for example a perforated metal plate, a wire mesh or a metal mesh, is inserted.
3 shows a composite material in which the carrier layer 3 carries a layer 2 made of zinc or aluminum or steel on both sides. Two layers 1a, 1b made of different metals are applied to one layer 2, while two layers 1c, 1d made of other metals are applied to the other layer 2. The dashed line shows where the two parts of the object have been put together.
In Fig. 4, a composite article is Darge, which also has a layer 2 of zinc or aluminum or steel on both sides of the carrier layer 3. On each layer 2 there is another layer 1 made of a different metal. Two reinforcements 4 are inserted into the carrier layer 3 made of fiber-reinforced plastic. In this case too, the dashed line indicates where the two parts of the object have been joined.
5 shows the stage of the method for producing a composite object according to the invention, which is achieved by applying a release agent 6 to the profiled surface of a model 5 and spraying a layer 2 of zinc or aluminum or steel onto the release agent 6, to which the carrier layer 3 is applied. The carrier layer 3 can be detached from the model 5 together with the zinc or aluminum or steel layer 2. If the model 5 consists of moist clay, the release agent layer 6 is omitted and the layer 2 is sprayed directly onto the model 5. The damp clay of model 5 is then washed off or washed out.