DE102014218931B4 - Sandwich structure with a core material containing airgel - Google Patents

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Abstract

Sandwichstruktur (3) umfassend einen Kernwerkstoff (1), wobei der Kernwerkstoff (1) zwischen zwei Deckschichten (2a, 2b) angeordnet ist, wobei die beiden Deckschichten (2a, 2b) gleich oder voneinander verschieden sind, wobei der Kernwerkstoff (1) aus einem Trägermaterial mit makroskopischen Hohlräumen ist, in welchem die Hohlräume mit einem Aerogel gefüllt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernwerkstoff (1) erhältlich ist mit einem Verfahren zur Herstellung eines Kernwerkstoffs (1), in welchem in die Hohlräume des Trägermaterials eine Aerogellösung eingebracht und anschließend die Aerogellösung schrumpfungsfrei zum Aerogel getrocknet wird.Sandwich structure (3) comprising a core material (1), the core material (1) being arranged between two cover layers (2a, 2b), the two cover layers (2a, 2b) being the same or different from each other, the core material (1). a carrier material with macroscopic cavities, in which the cavities are filled with an airgel, characterized in that the core material (1) is obtainable with a method for producing a core material (1), in which an airgel solution is introduced into the cavities of the carrier material and The airgel solution is then dried to form an airgel without shrinkage.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sandwichstruktur mit einem Kernwerkstoff aus einem Trägermaterial mit makroskopischen Hohlräumen, in welchem die Hohlräume mit einem Aerogel gefüllt sind.The present invention relates to a sandwich structure with a core material made of a carrier material with macroscopic cavities, in which the cavities are filled with an airgel.

Verbundwerkstoffe oder Faserverbundwerkstoffe werden aufgrund ihrer hohen Steifigkeit und Festigkeit und ihres vergleichsweise geringen Gewichts zunehmend im Fahrzeugbau, insbesondere im Flugzeugbau, verwendet. Sandwichstrukturen werden insbesondere auf Grund ihrer hohen Biegesteifigkeit in diesen Gebieten eingesetzt. Eine Sandwichstruktur besteht üblicherweise aus einem mäßig schubsteifen Kernwerkstoff, welcher mit zwei außenliegenden dehnsteifen Deckschichten schub- und zugfest verbunden ist. Als Kernwerkstoff wird üblicherweise ein leichtgewichtiges Material, das zu einer Vergrößerung des Abstands zwischen den beiden Deckschichten geeignet ist, eingesetzt. Dabei können die Deckschichten jeweils biegesteif sein. Aufgrund ihres Aufbaus sind Sandwichstrukturen sehr gut geeignet, um Biegebelastungen zu ertragen. Die durch die Biegung auftretenden Zug- und Drucklasten sind in den Deckschichten maximal. Idealerweise sollten sie daher sehr steif und fest sein. Der Kernwerkstoff wird auf Schub und Druck belastet.Composite materials or fiber composite materials are increasingly being used in vehicle construction, especially in aircraft construction, due to their high stiffness and strength and their comparatively low weight. Sandwich structures are used in these areas in particular due to their high flexural rigidity. A sandwich structure usually consists of a moderately shear-resistant core material, which is connected to two external, expansion-resistant cover layers in a shear and tensile strength. A lightweight material that is suitable for increasing the distance between the two cover layers is usually used as the core material. The cover layers can each be rigid. Due to their construction, sandwich structures are very well suited to withstand bending loads. The tensile and compressive loads caused by the bending are maximum in the cover layers. Ideally they should therefore be very stiff and strong. The core material is subjected to shear and pressure.

Bekannte Kernwerkstoffe bestehen üblicherweise hauptsächlich aus Schäumen oder Aramid-, Aluminium-, Polypropylen-, Pappkarton-, Polyacryletherketon-, thermoplastischen Polymethacrylamid-, Polyvinylchlorid-, duroplastischem Polyurethanwaben oder Balsa-Stirnholz. Kernwerkstoffe aus Waben sind, gegenüber Kernwerkstoffen aus Schäumen, teilweise in der Lage, höhere mechanische Kräfte aufzunehmen, ohne zu kriechen, und haben eine bessere Dauerfestigkeit. Zudem sind Waben besonders leicht und haben dennoch gute mechanische Eigenschaften.Known core materials usually consist mainly of foams or aramid, aluminum, polypropylene, cardboard, polyacryletherketone, thermoplastic polymethacrylamide, polyvinyl chloride, thermoset polyurethane honeycomb or balsa end wood. Compared to core materials made from foam, honeycomb core materials are able to absorb higher mechanical forces without creeping and have better fatigue strength. In addition, honeycombs are particularly light and still have good mechanical properties.

Zur Erhaltung eines starren und maßhaltigen Kernwerkstoffs kann die Wabenstruktur mit kugeligen oder faserigen Füllstoffen gefüllt werden, wobei die Füllstoffe an ihren Berührungspunkten mit einem Bindemittel miteinander verbunden sind, wie dies beispielsweise in DE 10 2011 082 087 A1 beschrieben ist.To maintain a rigid and dimensionally stable core material, the honeycomb structure can be filled with spherical or fibrous fillers, the fillers being connected to one another at their points of contact with a binder, as shown, for example, in DE 10 2011 082 087 A1 is described.

Im Brandfall weisen bekannte Sandwichstrukturen jedoch schnell eine geringe Stabilität auf. Das Matrix-Material und oft auch das Bindemittel beginnen ab Temperaturen von etwa 200 °C, sich thermisch zu zersetzen, so dass die Struktur bereits nach kurzer Zeit keinerlei Stabilität mehr aufweist.However, in the event of a fire, known sandwich structures quickly exhibit poor stability. The matrix material and often also the binder begin to thermally decompose at temperatures of around 200 °C, so that the structure no longer has any stability after a short time.

Eine Möglichkeit, eine Sandwichstruktur im Brandfall zu schützen, ist die Auswahl eines flammwidrigen Matrix-Systems. Hier kommen häufig Phenol-Formaldehydharze zum Einsatz. Diese haben zwar ein gutes Brandverhalten, sind anderen Systemen hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften jedoch deutlich unterlegen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dem Matrix-System verschiedene Flammschutzmittel zuzusetzen. Hier werden beispielsweise Materialien verwendet, die im Brandfall Wasser abgeben und so den Werkstoff kühlen und die Rauchgase verdünnen. Diese Additive müssen häufig in sehr großen Gewichtsanteilen zugesetzt werden und führen so zu einer Erhöhung des Gewichts und häufig auch zu einer Versprödung des Werkstoffs. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Auftragung von flammschützenden Schichten oder Lacken. Diese können sich unter der Einwirkung von Hitze bis auf das 200fache aufblähen und bilden so eine Barriereschicht aus, die die Wärmeleitung und den Stofftransport behindert.One way to protect a sandwich structure in the event of a fire is to select a flame-retardant matrix system. Phenol-formaldehyde resins are often used here. Although these have good fire behavior, they are significantly inferior to other systems in terms of their mechanical properties. Another option is to add various flame retardants to the matrix system. For example, materials are used here that release water in the event of a fire, thereby cooling the material and diluting the smoke gases. These additives often have to be added in very large proportions by weight and thus lead to an increase in weight and often to embrittlement of the material. Another option is to apply flame-retardant layers or varnishes. These can expand up to 200 times under the influence of heat and thus form a barrier layer that hinders heat conduction and mass transport.

Ein Verbundwerkstoff mit einem Kernwerkstoff, der ein geringes Gewicht aufweist und gleichzeitig für den Brandschutz geeignet ist, ist in DE 10 2004 046 495 A1 beschrieben. Hier wird ein hydrophobes Aerogel mit einem anorganischen Bindemittel und einem anorganischen hydrophilen Dispergiermittel gemischt. Bei dem Bindemittel handelt es sich um Zement, Gips, Kalk, Lehm, Wasserglass und/oder Ton. Als Dispergiermittel kann beispielsweise Ammoniumfluorid eingesetzt werden. Der dort beschriebene Verbundwerkstoff kann als tragendes Element in Bauwerken eingesetzt werden. Die Aerogelpartikel verleihen dem Werkstoff Wärmedämmeigenschaften und erlauben auch einen Brandschutz.A composite material with a core material that is light in weight and at the same time suitable for fire protection is in DE 10 2004 046 495 A1 described. Here, a hydrophobic airgel is mixed with an inorganic binder and an inorganic hydrophilic dispersant. The binder is cement, plaster, lime, clay, water glass and/or clay. Ammonium fluoride, for example, can be used as a dispersant. The composite material described there can be used as a load-bearing element in buildings. The airgel particles give the material thermal insulation properties and also allow fire protection.

Mit aus dem Stand der Technik bekannten, brandgeschützten Verbundwerkstoffen werden üblicherweise die mechanische Eigenschaft der Sandwichstruktur verschlechtert. Häufig nimmt auch das Gewicht des Verbundes zu, so dass eine Verwendung insbesondere im Flugzeugbau nicht mehr möglich ist. Lacke, welche als Brandschutzmittel eingesetzt werden, können abplatzen, so dass keine Flammschutzwirkung mehr vorhanden ist.With fire-protected composite materials known from the prior art, the mechanical properties of the sandwich structure are usually impaired. The weight of the composite often increases, meaning that it can no longer be used, particularly in aircraft construction. Paints that are used as fire retardants can flake off, meaning that they no longer have a flame retardant effect.

WO 03/100364 A2 betrifft eine Struktur mit einem geringen Gewicht, welche die Detektierbarkeit mittels IR oder Radar eines Fahrzeugs, welche eine entsprechende Struktur aufweist, reduziert. WO 03/100364 A2 relates to a structure with a low weight, which reduces the detectability by means of IR or radar of a vehicle which has a corresponding structure.

DE 34 28 285 C2 betrifft einen Isolierkörper und ein Verfahren zu seiner Herstellung. DE 34 28 285 C2 relates to an insulating body and a method for its production.

US 7,291,373 B2 offenbart eine Komposit-Verbindung mit guter Wärmedämmung. US 2010/0047516 A1 betrifft eine Wabenstruktur, die als Kern einer Sandwichstruktur fungiert. US 7,291,373 B2 reveals a composite connection with good thermal insulation. US 2010/0047516 A1 relates to a honeycomb structure that acts as the core of a sandwich structure.

US 5,306,555 A offenbart Aerogel-Matrix-Komposite. In US 6,068,882 A sind flexible Aerogele beschrieben, welche gute thermische Dämmeigenschaften besitzen. US 7,078,359 B2 betrifft faserverstärkte Aerogel-Komposite. US 5,306,555 A reveals airgel matrix composites. In US 6,068,882 A Flexible aerogels are described which have good thermal insulation properties. US 7,078,359 B2 concerns fiber-reinforced airgel composites.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Bereitstellung einer Sandwichstruktur, welche die oben genannten Nachteile beseitigt.The object of the present invention is therefore to provide a sandwich structure which eliminates the disadvantages mentioned above.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gelöst durch eine Sandwichstruktur gemäß Anspruch 1. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 10 beansprucht.The object on which the present invention is based is achieved by a sandwich structure according to claim 1. Preferred embodiments are claimed in claims 2 to 10.

Die erfindungsgemäße Sandwichstruktur 3 umfasst einen Kernwerkstoff 1, welcher zwischen zwei Deckschichten 2a, 2b angeordnet ist. Eine entsprechende Struktur ist schematisch in 1 dargestellt. Der Kernwerkstoff 1 ist aus einem Trägermaterial mit makroskopischen Hohlräumen, wobei die Hohlräume mit einem Aerogel gefüllt sind.The sandwich structure 3 according to the invention comprises a core material 1, which is arranged between two cover layers 2a, 2b. A corresponding structure is shown schematically in 1 shown. The core material 1 is made of a carrier material with macroscopic cavities, the cavities being filled with an airgel.

Ein Kernwerkstoff 1, welcher Bestandteil der erfindungsgemäßen Sandwichstruktur 3 ist, wird mittels eines Verfahrens hergestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Trägermaterial makroskopische Hohlräume aufweist, in welche eine Aerogellösung als Füllstoff eingebracht wird und in welchen die Aerogellösung anschließend im Trägermaterial schrumpfungsfrei zu einem Aerogel getrocknet wird. Hierdurch erhält man den Kernwerkstoff 1 aus einem Trägermaterial mit makroskopischen Hohlräumen, in welchem die Hohlräume mit einem Aerogel gefüllt sind.A core material 1, which is part of the sandwich structure 3 according to the invention, is produced by means of a method which is characterized in that the carrier material has macroscopic cavities into which an airgel solution is introduced as a filler and into which the airgel solution is then shrink-free in the carrier material to form an airgel is dried. This results in the core material 1 made of a carrier material with macroscopic cavities, in which the cavities are filled with an airgel.

Aerogele sind hochporöse Festkörper, deren Volumen zum größten Teil aus Poren besteht. Als Werkstoff sind sie seit Jahrzehnten bekannt. Sie zeichnen sich durch einzigartige Eigenschaften wie beispielsweise eine geringe Dichte, eine sehr hohe spezifische Oberfläche, niedrige Wärmeleitfähigkeit sowie eine hohe akustische Impedanz aus.Aerogels are highly porous solids whose volume consists largely of pores. They have been known as a material for decades. They are characterized by unique properties such as low density, a very high specific surface area, low thermal conductivity and high acoustic impedance.

Weitverbreitet sind Aerogele auf Silikatbasis, also anorganische Aerogele. Darüber hinaus sind auch organische Aerogele bekannt. Diese werden beispielsweise hergestellt auf Basis von Resorcin und Formaldehyd, Melamin und Formaldehyd, Phenol und Furfural, Kresol und Formaldehyd, polymerisierbaren Isocyanaten, Phenol und Melamin oder Polyvinylchloriden. Eine Besonderheit dieser rein organischen Aerogele ist, dass sie sich durch Pyrolyse in Kohlenstoffaerogele umwandeln lassen, wobei die Struktur der Aerogele erhalten bleibt.Silicate-based aerogels, i.e. inorganic aerogels, are widely used. Organic aerogels are also known. These are produced, for example, based on resorcinol and formaldehyde, melamine and formaldehyde, phenol and furfural, cresol and formaldehyde, polymerizable isocyanates, phenol and melamine or polyvinyl chlorides. A special feature of these purely organic aerogels is that they can be converted into carbon aerogels by pyrolysis, while the structure of the aerogels is retained.

Die Synthese von Aerogelen erfolgt typischerweise mittels eines Sol-Gel-Prozesses. Die Trocknung des erhaltenen Gels erfolgt je nach Herstellungsverfahren und Ausgangsmaterialien überkritisch oder unterkritisch.Aerogels are typically synthesized using a sol-gel process. Depending on the manufacturing process and starting materials, the resulting gel is dried supercritically or subcritically.

Vor der Trocknung des erhaltenen Gels wird die Aerogellösung, also das kolloidale Sol, in die makroskopischen Hohlräume des Trägermaterials eingebracht. Erst vor Ort, also im Trägermaterial, wird die Aerogellösung zum Trocknen gebracht. Dabei erfolgt die Trocknung schrumpfungsfrei, so dass das erhaltene Aerogel fest an dem Trägermaterial haftet.Before the gel obtained is dried, the airgel solution, i.e. the colloidal sol, is introduced into the macroscopic cavities of the carrier material. The airgel solution is only allowed to dry on site, i.e. in the carrier material. The drying takes place without shrinkage, so that the airgel obtained adheres firmly to the carrier material.

Erfindungsgemäß können aus dem Stand der Technik bekannte organische oder anorganische Aerogellösungen eingesetzt werden. Der Kernwerkstoff 1 umfasst somit organische oder anorganische Aerogele in den Hohlräumen des Trägermaterials. Vorzugsweise besteht der Kernwerkstoff 1 aus einem organischen oder anorganischen Aerogel und dem Trägermaterial.According to the invention, organic or inorganic airgel solutions known from the prior art can be used. The core material 1 thus includes organic or inorganic aerogels in the cavities of the carrier material. The core material 1 preferably consists of an organic or inorganic airgel and the carrier material.

Anorganische Aerogellösungen müssen unter überkritischen Bedingungen getrocknet werden, um ein schrumpfungsfreies Trocknen zu ermöglichen. Im Gegensatz hierzu können organische Aerogellösungen, insbesondere Resorcin-Formaldehyd-Aerogellösungen, auch bei unterkritischen Bedingungen getrocknet werden. Insbesondere die Herstellung und Trocknung organischer Aerogellösungen ist im Stand der Technik ausführlich beschrieben, wie beispielsweise in der DE 10 2013 216 965 A1 . Anorganische Aerogellösungen sind im Hinblick auf ihre Eigenschaften als Brandschutzmittel bei einer entsprechenden Anwendung bevorzugt. Im Hinblick auf ein einfaches, kostengünstiges Herstellungsverfahren sind organische Aerogellösungen bevorzugt.Inorganic airgel solutions must be dried under supercritical conditions to enable shrinkage-free drying. In contrast, organic airgel solutions, especially resorcinol-formaldehyde airgel solutions, can also be dried under subcritical conditions. In particular, the production and drying of organic airgel solutions is described in detail in the prior art, for example in DE 10 2013 216 965 A1 . Inorganic airgel solutions are preferred in view of their properties as fire retardants in a corresponding application. With regard to a simple, cost-effective manufacturing process, organic airgel solutions are preferred.

Sowohl anorganische als auch organische Aerogellösungen ermöglichen die Herstellung eines dämmenden Kernwerkstoffes. Dabei wird sowohl eine akustische Dämmung (Schalldämmung) als auch eine thermische Dämmung (Wärmedämmung, Kältedämmung) ermöglicht.Both inorganic and organic airgel solutions enable the production of an insulating core material. This enables both acoustic insulation (sound insulation) and thermal insulation (heat insulation, cold insulation).

Dabei weist der Kernwerkstoff 1 überraschenderweise eine hohe Biegefestigkeit auf. Die Biegefestigkeit des Kernwerkstoffs 1 ist etwa 1,7 fach höher als die Biegefestigkeit des reinen Aerogels. Der Kernwerkstoff 1 ermöglicht somit nicht nur eine Dämmung, sondern erhöht auch die Stabilität in einer Struktur, in der er verwendet wird.The core material 1 surprisingly has a high bending strength. The flexural strength of the core material 1 is approximately 1.7 times higher than the flexural strength of the pure airgel. The core material 1 thus not only enables insulation, but also increases the stability in a structure in which it is used.

Als Trägermaterial können bekannte Trägermaterialen wie offenporige/offenzellige Schäume oder eine Wabenstruktur Anwendung finden. Bevorzugt wird eine Wabenstruktur eingesetzt. Bei der Wabenstruktur kann es sich um Papierwaben, Pappwaben, Aluminiumwaben, Aramidwaben oder Polymerwaben handeln. Der Vorteil der Wabenstruktur besteht darin, dass diese weit verbreitet sind und somit kostengünstig und auch aus unterschiedlichen Materialien zu erhalten sind. Nachteilig ist, dass durch die Stege der Wabenstruktur eine Wärmebrücke vorhanden ist. Dieser Nachteil wird jedoch durch die Vorteile, welche sich durch das Aerogel als Füllstoff der Hohlräume des Trägermaterials ergeben, wie geringes Gewicht und gute Dämmung, überwogen.Known carrier materials such as open-pored/open-cell foams or a honeycomb structure can be used as the carrier material. A honeycomb structure is preferably used. The honeycomb structure can be paper honeycomb, cardboard honeycomb, aluminum honeycomb, aramid honeycomb or polymer honeycomb. The advantage of the honeycomb structure is that they are widespread and therefore inexpensive and can also be made from different materials. The disadvantage is that a thermal bridge is present through the webs of the honeycomb structure. However, this disadvantage is outweighed by the advantages that arise from the airgel as a filler in the cavities of the carrier material, such as low weight and good insulation.

Eine Wabenstruktur hat, wie auch andere Trägermaterialien mit makroskopischen Hohlräumen, üblicherweise zwei offene Seiten, durch welche eine Flüssigkeit durchfließen kann. Gibt man beispielsweise eine Flüssigkeit auf die erste offene Seite des Trägermaterials, so fließt diese aus der zweiten offenen Seite heraus. Damit dies beim Einbringen der Aerogellösung nicht geschieht, wird bevorzugt vor dem Einbringen der Aerogellösung auf der ersten offenen Seite des Trägermaterials eine erste Materialschicht aufgebracht. Wird die Trägerstruktur auf eine Oberfläche gestellt, die das Durchfließen der Aerogellösung verhindert, von der jedoch die Aerogellösung beziehungsweise das später ausgehärtete Aerogel leicht entfernt werden kann, ist das Aufbringen einer Materialschicht vor dem Einbringen der Aerogellösung nicht notwendig. Eine solche Materialschicht ist auch dann nicht notwendig, wenn die Trägerstruktur in die Aerogellösung eingetaucht wird, wodurch die Aerogellösung ebenfalls in die Hohlräume der Trägerstruktur eingebracht wird. Häufig weisen Trägerstrukturen, insbesondere Wabenstrukturen, auf Grund ihres Herstellungsverfahrens bereits auf einer Seite eine Materialschicht auf, wodurch eine offene Seite bereits verschlossen ist. In diesem Fall erübrigt sich das Aufbringen einer weiteren Materialschicht.A honeycomb structure, like other carrier materials with macroscopic cavities, usually has two open sides through which a liquid can flow. For example, if you put a liquid on the first open side of the carrier material, it flows out of the second open side. To ensure that this does not happen when the airgel solution is introduced, a first layer of material is preferably applied to the first open side of the carrier material before the airgel solution is introduced. If the support structure is placed on a surface that prevents the airgel solution from flowing through, but from which the airgel solution or the later hardened airgel can be easily removed, it is not necessary to apply a layer of material before introducing the airgel solution. Such a material layer is not necessary even if the support structure is immersed in the airgel solution, whereby the airgel solution is also introduced into the cavities of the support structure. Due to their manufacturing process, support structures, in particular honeycomb structures, often already have a layer of material on one side, whereby an open side is already closed. In this case, there is no need to apply another layer of material.

Wird vor dem Einbringen der Aerogellösung die erste offene Seite des Trägermaterials nicht mit einer Materialschicht abgedeckt, so kann dies auch nach dem Trocknen der Aerogellösung erfolgen. Weiterhin kann nach dem Trocknen der Aerogellösung auch auf die zweite offene Seite, welche der ersten offenen Seite des Trägermaterials gegenüber liegt, eine Materialschicht aufgebracht werden. Diese Materialschicht auf der zweiten offenen Seite des Trägermaterials kann mit der ersten Materialschicht gleich sein. Es können jedoch auch voneinander verschiedene Materialschichten aufgebracht werden. Ein Kernwerkstoff 1 kann somit an den einander gegenüberliegenden offenen Seiten eine Materialschicht aufweisen.If the first open side of the carrier material is not covered with a layer of material before introducing the airgel solution, this can also be done after the airgel solution has dried. Furthermore, after the airgel solution has dried, a layer of material can also be applied to the second open side, which lies opposite the first open side of the carrier material. This material layer on the second open side of the carrier material can be the same as the first material layer. However, different material layers can also be applied. A core material 1 can thus have a material layer on the open sides opposite one another.

Bei den Materialien, die als Materialschicht auf die offenen Seiten der Trägerstruktur aufgebracht werden, kann es sich beispielsweise um Filter aus Vlies oder Papier handeln.The materials that are applied as a material layer to the open sides of the support structure can be, for example, filters made of fleece or paper.

Das Verfahren ermöglicht ein vollständiges Auffüllen der Hohlräume des Trägermaterials mit einem nach der Trocknung erhaltenen Aerogel. Damit das Trägermaterial mit dem Aerogel vollständig bedeckt ist und keine Hohlräume bestehen, ist es möglich, dass man das Einbringen der Aerogellösung in die Trägerstruktur unter Einwirkung von Ultraschall ausführt. Durch Ultraschall werden eventuell vorhandene Gasblasen aus dem Trägermaterial beziehungsweise der Aerogellösung herausgetragen.The process enables the cavities of the carrier material to be completely filled with an airgel obtained after drying. So that the carrier material is completely covered with the airgel and there are no cavities, it is possible to introduce the airgel solution into the carrier structure under the influence of ultrasound. Any gas bubbles that may be present are removed from the carrier material or the airgel solution using ultrasound.

Um einen stabilen und kompakten Kernwerkstoff 1 zu erhalten, kann es ebenfalls notwendig sein, die Hydrophobie beziehungsweise Hydrophilie des Trägermaterials mit der des Aerogels beziehungsweise der Aerogellösung abzustimmen. Dabei kann die Materialhaftung des Aerogels beispielsweise auf einer Folie getestet werden, welche aus dem gleichen Material wie das Trägermaterial besteht. Insbesondere durch Variation des pH-Werts der Aerogellösung kann die Haftung des Aerogels mit dem Trägermaterial eingestellt und verbessert werden.In order to obtain a stable and compact core material 1, it may also be necessary to match the hydrophobicity or hydrophilicity of the carrier material with that of the airgel or the airgel solution. The material adhesion of the airgel can be tested, for example, on a film that consists of the same material as the carrier material. In particular, by varying the pH value of the airgel solution, the adhesion of the airgel to the carrier material can be adjusted and improved.

Weiterhin ist es möglich, die Trägerstruktur vor dem Einbringen der Aerogellösung mit einer Beschichtung zu versehen. Diese Beschichtung ist auf die Hydrophobie beziehungsweise Hydrophilie der Aerogellösung abgestimmt und ermöglicht dadurch eine verbesserte Haftung zwischen Aerogel und Trägerstruktur. Hier umfasst der Kernwerkstoff 1 dann eine beschichtete Trägerstruktur sowie ein Aerogel.It is also possible to provide the support structure with a coating before introducing the airgel solution. This coating is tailored to the hydrophobicity or hydrophilicity of the airgel solution and thereby enables improved adhesion between the airgel and the carrier structure. Here the core material 1 then comprises a coated support structure and an airgel.

Hydrophob im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass das Material gegenüber Wasser bei Raumtemperatur (25 °C) einen Kontaktwinkel von mehr als 90° zeigt. Hydrophile Materialien zeigen gegenüber Wasser einen entsprechenden Kontaktwinkel von weniger als 90°.Hydrophobic in the sense of the present invention means that the material has a contact angle of more than 90° compared to water at room temperature (25 ° C). Hydrophilic materials show a corresponding contact angle of less than 90° with water.

Mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens erhält man einen Kernwerkstoff 1 aus einem Trägermaterial mit makroskopischen Hohlräumen, in welchem die Hohlräume vollständig mit einem Aerogel gefüllt sind.With the help of the method described, a core material 1 is obtained from a carrier material with macroscopic cavities, in which the cavities are completely filled with an airgel.

Das Trägermaterial umfasst bevorzugt eine Wabenstruktur, insbesondere eine Papierwaben-, Pappwaben-, Aluminiumwaben-, Aramidwaben- oder Polymerwabenstruktur. Die Hohlräume des Trägermaterials können mit einem aus dem Stand der Technik bekannten organischen oder anorganischen Aerogel gefüllt sein. Organische Aerogele, besonders bevorzugt Resorcin-Formaldehyd-Aerogele, befinden sich als Füllstoff in den Hohlräumen, da diese auch bei unterkritischen Bedingungen getrocknet werden können, was eine gute Haftung mit dem Trägermaterial ermöglicht. Soll der Kernwerkstoff 1 insbesondere im Brandschutz eingesetzt werden, so ist es bevorzugt, dass es sich bei dem Aerogel um ein anorganisches Aerogel handelt, da dies auch bei höheren Temperaturen noch stabil ist.The carrier material preferably comprises a honeycomb structure, in particular a paper honeycomb, cardboard honeycomb, aluminum honeycomb, aramid honeycomb or polymer honeycomb structure. The cavities of the carrier material can be filled with an organic or inorganic airgel known from the prior art. Organic aerogels, particularly preferably resorcinol-formaldehyde aerogels, are present as fillers in the cavities since they can also be dried under subcritical conditions, which enables good adhesion to the carrier material. If the core material 1 is to be used in particular in fire protection, it is preferred that the airgel is an inorganic airgel, since this is still stable even at higher temperatures.

Die dreidimensionale Netzwerkstruktur des getrockneten Aerogels besteht vorzugsweise aus Teilchen einer Größe von weniger als 5 µm, insbesondere von weniger als 3 µm, besonders bevorzugt liegt die Teilchengröße im Bereich von 100 nm bis 3 µm. Kleine Teilchen ermöglichen eine besonders gute, möglichst vollständige Füllung der Hohlräume der Trägerstruktur. Die Größe der Teilchen wird anhand Rasterelektronenmikroskopischer (REM) Aufnahmen bestimmt.The three-dimensional network structure of the dried airgel preferably consists of particles with a size of less than 5 μm, in particular less than 3 μm, particularly preferably the particle size is in the range from 100 nm to 3 μm. Small particles enable the cavities of the support structure to be filled particularly well and as completely as possible. The size of the particles is determined using scanning electron microscope (SEM) images.

Der Kernwerkstoff 1 weist bevorzugt eine Dichte im Bereich von 0,1 bis 0,3 g/cm3 und/oder eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 0,04 bis 0,06 W/(m·K) auf. Die geringe Dichte und die geringe Wärmeleitfähigkeit ermöglichen eine Anwendung als Brandschutzmaterial, welches auch in solchen Bereichen eingesetzt werden kann, in welchen ein geringes Gewicht von Nöten ist.The core material 1 preferably has a density in the range of 0.1 to 0.3 g/cm 3 and/or a thermal conductivity in the range of 0.04 to 0.06 W/(m·K). The low density and low thermal conductivity enable it to be used as a fire protection material, which can also be used in areas where low weight is necessary.

Ein Kernwerkstoff 1 wie zuvor beschrieben ist Bestandteil einer erfindungsgemäßen Sandwichstruktur 3. In diesem Fall ist der Kernwerkstoff 1 zwischen zwei Deckschichten 2a, 2b angeordnet. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Sandwichstruktur 3.A core material 1 as described above is part of a sandwich structure 3 according to the invention. In this case, the core material 1 is arranged between two cover layers 2a, 2b. 1 shows schematically the structure of a sandwich structure 3 according to the invention.

Die beiden Deckschichten 2a, 2b können dabei gleich oder voneinander verschieden sein. Sind die beiden Deckschichten 2a, 2b voneinander verschieden, so kann die Sandwichstruktur 3 eine tragende Haut als eine der beiden Deckschichten 2a, 2b und eine Außenhaut als die andere Deckschicht 2a, 2b umfassen. Zwischen der tragenden Haut und der Außenhaut ist ein flammschützender Kern angeordnet. Bei diesem Kern handelt es sich um den Kernwerkstoff 1. Dabei dient der Kernwerkstoff 1 als Abstandhalter zwischen den beiden Deckschichten 2a, 2b. Auf Grund seines geringen Gewichtes wird das Gewicht der erfindungsgemäßen Sandwichstruktur 3 insgesamt gering gehalten. Auf Grund der geringen Wärmeleitfähigkeit des Kernwerkstoffs 1 wird, bei Einstrahlung von Wärme auf eine der Deckschichten, die zweite Deckschicht thermisch nicht beansprucht. Im Brandfall wird somit die Deckschicht, die nicht dem Feuer direkt ausgesetzt ist, durch den Kernwerkstoff 1 geschützt.The two cover layers 2a, 2b can be the same or different from each other. If the two cover layers 2a, 2b are different from each other, the sandwich structure 3 can comprise a supporting skin as one of the two cover layers 2a, 2b and an outer skin as the other cover layer 2a, 2b. A flame-retardant core is arranged between the load-bearing skin and the outer skin. This core is the core material 1. The core material 1 serves as a spacer between the two cover layers 2a, 2b. Due to its low weight, the weight of the sandwich structure 3 according to the invention is kept low overall. Due to the low thermal conductivity of the core material 1, when heat is irradiated onto one of the cover layers, the second cover layer is not thermally stressed. In the event of a fire, the cover layer, which is not directly exposed to fire, is protected by the core material 1.

Ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Sandwichstruktur 3 umfasst die folgenden Schritte:

  • Bereitstellen des Kernwerkstoffes 1, welcher ein Trägermaterial und ein Aerogel umfasst, und
  • Kaschieren des Kernwerkstoffes 1 mit den Deckschichten 2a, 2b derart, dass der Kernwerkstoff 1 zwischen den Deckschichten 2a, 2b angeordnet ist.
A method for producing a sandwich structure 3 according to the invention comprises the following steps:
  • Providing the core material 1, which comprises a carrier material and an airgel, and
  • Laminating the core material 1 with the cover layers 2a, 2b in such a way that the core material 1 is arranged between the cover layers 2a, 2b.

Die Kaschierung des Kernwerkstoffes 1 mit den Deckschichten 2a, 2b kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass zunächst eine Klebeschicht auf den Kernwerkstoff 1 aufgebracht wird, auf welche dann das eigentliche Material der Deckschichten 2a, 2b aufgebracht wird. Bevorzugt ist es jedoch, dass ein Prepreg-Material, welches sowohl eine Klebeschicht als auch die eigentliche Deckschicht 2a, 2b umfasst, direkt auf den Kernwerkstoff 1 aufgebracht wird.The lamination of the core material 1 with the cover layers 2a, 2b can be done, for example, by first applying an adhesive layer to the core material 1, onto which the actual material of the cover layers 2a, 2b is then applied. However, it is preferred that a prepreg material, which includes both an adhesive layer and the actual cover layer 2a, 2b, is applied directly to the core material 1.

Die Deckschichten 2a, 2b sind dabei bevorzugt ausgewählt aus faserverstärkten Kunststoffen, wie CFK (Kohlenstofffaser-verstärkter Kunststoff), GFK (Glasfaser-verstärkter Kunststoff), AFK (Aramidfaserverstärkter Kunststoff) oder NFK (Naturfaser-verstärkter Kunststoff), oder Metallen, wie Aluminium oder Titan.The cover layers 2a, 2b are preferably selected from fiber-reinforced plastics, such as CFK (carbon fiber-reinforced plastic), GFK (glass fiber-reinforced plastic), AFK (aramid fiber-reinforced plastic) or NFK (natural fiber-reinforced plastic), or metals such as aluminum or Titanium.

Die Sandwichstruktur 3 kann nicht nur einen Kernwerkstoff 1 umfassen, welcher sich zwischen zwei Deckschichten 2a, 2b befindet. Es ist bevorzugt auch möglich, dass sich an eine der beiden Deckschichten 2a, 2b ein weiterer Kernwerkstoff 1 anschließt, welcher wiederum mit einer weiteren Deckschicht 2a, 2b versehen ist. Es ergibt sich hier ein Schichtaufbau, in welchem sich der Kernwerkstoff 1 und jeweils eine Deckschicht 2a, 2b miteinander abwechseln. Der so erhaltene Verbundwerkstoff schließt an den äußeren Schichten jeweils mit einer Deckschicht 2a, 2b ab.The sandwich structure 3 can not only comprise a core material 1, which is located between two cover layers 2a, 2b. It is also preferably possible for one of the two cover layers 2a, 2b to be followed by a further core material 1, which in turn is provided with a further cover layer 2a, 2b. This results in a layer structure in which the core material 1 and a cover layer 2a, 2b alternate with one another. The composite material obtained in this way ends on the outer layers with a cover layer 2a, 2b.

In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die erfindungsgemäße Sandwichstruktur 3 aus einem Kernwerkstoff 1 sowie zwei Deckschichten 2a, 2b, wobei der Kernwerkstoff 1 zwischen den Deckschichten 2a, 2b angeordnet ist.In a preferred embodiment, the sandwich structure 3 according to the invention consists of a core material 1 and two cover layers 2a, 2b, with the core material 1 being arranged between the cover layers 2a, 2b.

Ist auf dem Kernwerkstoff 1 eine Materialschicht aufgetragen, so ergibt sich ein Schichtaufbau von erster Deckschicht 2a, Materialschicht, Kernwerkstoff 1, Materialschicht, zweite Deckschicht 2b. Die beiden Materialschichten können dabei, ebenso wie die Deckschichten, gleich oder voneinander verschieden sein.If a layer of material is applied to the core material 1, this results in a layer structure of first cover layer 2a, material layer, core material 1, material layer, second cover layer 2b. The two material layers, like the cover layers, can be the same or different from each other.

Aufgrund des Aerogels als Bestandteil des Kernwerkstoffs 1 beziehungsweise der Sandwichstruktur 3 weist das Material thermisch isolierende Eigenschaften auf. Zudem ist das Gewicht gering. Dies ermöglicht die Verwendung der Sandwichstruktur 3 als Bauteil in Land-, Wasser- und/oder Luftfahrzeugen, wie beispielsweise Autos, Flugzeugen und/oder Zügen. Beispielsweise kann die Sandwichstruktur 3 als Außenhaut in einem Flugzeug eingesetzt werden. Durch die dann erhöhte Wärmeisolierung der Außenhaut könnte Dämmmaterial eingespart werden und Flugzeuge könnten somit leichter und damit energiesparender werden. Gleiches gilt auch für andere Fahrzeuge, in welchen die erfindungsgemäße Sandwichstruktur 3 Einsatz findet.Due to the airgel as a component of the core material 1 or the sandwich structure 3, the material has thermal insulating properties. In addition, the weight is low. This enables the use of the sandwich structure 3 as a component in land, water and/or aircraft, such as cars, airplanes and/or trains. For example, the sandwich structure 3 can be used as an outer skin in an aircraft. Due to the increased thermal insulation of the outer skin, insulation material could be saved and aircraft could therefore become lighter and therefore more energy-efficient. The same also applies to other vehicles in which the sandwich structure 3 according to the invention is used.

Ausführungsbeispiel 1:Example 1:

  • • Ansetzen der Lösung:
    • Zunächst wurden 127,4 g entionisiertes Wasser (W) in einem Becher eingewogen. Danach wurden 50,0 g Resorcin (R) zugegeben, die Lösung wurde bei Raumtemperatur solange gerührt, bis sich das Resorcin vollständig gelöst hatte (5 bis 7 Min). Danach wurden 76,8 g Formaldehyd (F) (24 wt-%-Lösung) dazugegeben und weitere 5 Min gerührt. Als nächstes kamen 0,032 g Na2CO3 (C) (Feststoff) in die Lösung. Nach weiteren 5 Min Rühren wurde der pH-Wert mit verdünnter Salpetersäure eingestellt. Der pH-Wert der Lösung wurde auf 5,7 eingestellt. Die Lösung wurde weitere 20 Min bei Raumtemperatur gerührt.
    • Preparation of the solution:
    • First, 127.4 g of deionized water (W) was weighed into a beaker. 50.0 g of resorcinol (R) were then added and the solution was stirred at room temperature until the resorcinol had completely dissolved (5 to 7 minutes). 76.8 g of formaldehyde (F) (24 wt% solution) were then added and the mixture was stirred for a further 5 minutes. Next, 0.032 g of Na 2 CO 3 (C) (solid) was added to the solution. After stirring for a further 5 minutes, the pH was adjusted with dilute nitric acid. The pH of the solution was adjusted to 5.7. The solution was stirred for a further 20 minutes at room temperature.

Nach dem Ansetzen wurde jeweils ein Stück HexWeb® der Firma Hexcel, Welkenraedt, Belgien mit einer Größe von 3,0x3,0 cm in ca. 13 mL Resorcin-Formaldehyd-Lösung (RF-Lösung) gelegt. HexWeb® ist eine mit einem Phenolharz beschichtete Aramid-Wabenstruktur.

  • • Zusammensetzung der Aerogellösung (Verhältnisse der Bestandteile):
    • R/C 1500; R/F 0,74; R/W 0,044
  • • Gelation:
    • Die Lösungen mit der Aramid-Wabenstruktur wurden in dicht verschließbare Behälter aus Polypropylen gefüllt und in Ofen bei 80°C zwei Tage lang gelieren gelassen.
  • • Trocknen:
    • Das Gel wurde 24 Stunden bei 80°C getrocknet.
    • Das Resultat sind Waben, die vollständig mit RF-Aerogel ausgefüllt sind. Das Wabenmaterial wird nahezu perfekt benetzt, was aus der Rasterelektronenmikroskopaufnahme in 2 zu erkennen ist.
After preparation, a piece of HexWeb ® from Hexcel, Welkenraedt, Belgium, measuring 3.0x3.0 cm, was placed in approx. 13 mL of resorcinol-formaldehyde solution (RF solution). HexWeb ® is an aramid honeycomb structure coated with a phenolic resin.
  • • Composition of the airgel solution (ratios of the components):
    • R/C 1500; R/F 0.74; R/W 0.044
  • • Gelation:
    • The solutions with the aramid honeycomb structure were filled into tightly sealable containers made of polypropylene and allowed to gel in an oven at 80 ° C for two days.
  • • Dry:
    • The gel was dried at 80°C for 24 hours.
    • The result is honeycombs that are completely filled with RF airgel. The honeycomb material is wetted almost perfectly, as can be seen from the scanning electron microscope image in 2 can be recognized.

Ausführungsbeispiel 2:Example 2:

Beschichtung von Pappe mit RF-AerogelCoating cardboard with RF airgel

Es wurde eine Aerogellösung wie in Ausführungsbeispiel 1 angesetzt mit der folgenden Zusammensetzung:

  • R/F=0,74; R/C=1500; R/W=0,044.
An airgel solution was prepared as in Example 1 with the following composition:
  • R/F=0.74; R/C=1500; R/W=0.044.

Der pH-Wert der Lösung wurde auf 5,62 eingestellt. Die Lösung wurde 20 Min gerührt. Danach wurde Pappe zu unterschiedlichen Zeitpunkten für unterschiedliche Eintauchdauern in diese RF-Lösung eingetaucht. Die Größe der Pappproben betrug etwa 4 cm x 4 cm.

  • > Reihe 1: Pappe wurde direkt nach dem Rühren für 30 bis 300 Sekunden (s) eingetaucht;
  • > Reihe 2: RF-Lösung wurde bei 80°C für 30 Min im Ofen gehalten, dann wurde Pappe für 30 bis 300 s eingetaucht;
  • > Reihe 3: RF-Lösung wurde bei 80°C für 60 Min im Ofen gehalten, dann wurde Pappe für 30 bis 300 s eingetaucht.
The pH of the solution was adjusted to 5.62. The solution was stirred for 20 minutes. Cardboard was then immersed in this RF solution at different times for different immersion times. The size of the cardboard samples was approximately 4 cm x 4 cm.
  • > Row 1: Cardboard was immersed immediately after stirring for 30 to 300 seconds (s);
  • > Row 2: RF solution was kept in the oven at 80°C for 30 min, then cardboard was immersed for 30 to 300 s;
  • > Row 3: RF solution was kept in the oven at 80°C for 60 min, then cardboard was immersed for 30 to 300 s.

Die Proben wurden in verschlossenen Behältern 1 Tag bei 80°C gehalten und danach 1 Tag bei 80°C getrocknet. Die fertigen Proben waren hart und dunkelbraun..The samples were kept in sealed containers at 80°C for 1 day and then dried at 80°C for 1 day. The finished samples were hard and dark brown.

In den 3 bis 8 sind Rasterelektronenmikroskopische (REM) Aufnahmen der Proben dargestellt. Die Zuordnung ist der folgenden Tabelle 1 zu entnehmen: Tabelle 1: Fig. Reihe Eintauchdauer 3 1 300 s 4 1 30 s 5 2 30 s 6 2 300 s 7 3 30 s 8 3 300 s In the 3 until 8th Scanning electron microscope (SEM) images of the samples are shown. The assignment can be found in the following Table 1: Table 1: Fig. Row Immersion duration 3 1 300s 4 1 30s 5 2 30s 6 2 300s 7 3 30s 8th 3 300s

9 zeigt eine REM-Aufnahme von der eingesetzten Pappe vor der Beschichtung. 9 shows an SEM image of the cardboard used before coating.

Im REM sieht man in den Figuren, dass das Aerogel Partikelgrößen im Bereich von 2 µm hat und das Aerogel, welches direkt auf der Pappe aufliegt, kleiner 500 nm ist. Ausnahme ist die Probe „Reihe 3, 300 s“ (8), in welcher die Partikel auf der Pappe ebenso etwa 2 µm groß sind. Man erkennt eine gute Haftung der Aerogelteilchen an der Pappoberfläche. Das Aerogel ist auch nach 300 s Eintauchzeit nicht in die Pappe eingedrungen.In the SEM you can see in the figures that the airgel has particle sizes in the range of 2 µm and the airgel, which lies directly on the cardboard, is smaller than 500 nm. The exception is the sample “row 3, 300 s” ( 8th ), in which the particles on the cardboard are also about 2 µm in size. You can see that the airgel particles adhere well to the cardboard surface. The airgel did not penetrate the cardboard even after 300 s of immersion.

Um die Materialeigenschaften der Wabenstruktur selbst nicht zu beeinflussen, ist es wichtig, dass die Aerogellösung nicht in das Material, aus der die Wabenstruktur besteht, eindringt. Das Material, also die Wabenstruktur, soll an der Oberfläche beschichtet werden. Dies soll jedoch vollständig und mit guter Haftung erfolgen.In order not to influence the material properties of the honeycomb structure itself, it is important that the airgel solution does not penetrate into the material from which the honeycomb structure is made. The material, i.e. the honeycomb structure, should be coated on the surface. However, this should be done completely and with good adhesion.

Wie aus den REM-Aufnahmen im Ausführungsbeispiel 2 (3 bis 8) hervorgeht, haftet das Aerogel auf der Oberfläche der Pappe. Pappe ist ein Material, aus dem eine Wabenstruktur bevorzugt bestehen kann. Durch das Eintauchen der Pappe in die Aerogellösung wird die Pappe von der Lösung nicht durchdrängt. Sie wird lediglich beschichtet, so dass die Materialeigenschaften der Pappe, also des Trägermaterials, selbst nicht verändert werden, sondern erhalten bleiben.As can be seen from the SEM images in exemplary embodiment 2 ( 3 until 8th ), the airgel sticks to the surface of the cardboard. Cardboard is a material from which a honeycomb structure can preferably be made. By dipping the cardboard into the airgel solution, the solution does not penetrate the cardboard. It is simply coated so that the material properties of the cardboard, i.e. the carrier material, are not changed but remain intact.

Ausführungsbeispiel 3:Example 3:

Aramid-Wabenstruktur mit super-flexiblem Silica-Aerogel

  1. 1. Ansetzen der Aerogellösung (Silica-Lösung): Die Ausgangschemikalien Methyltrimethoxisiloxan (MTMS), Methanol, H3O+ (zum Beispiel verdünnte HCl) und Cetyltrimethylammoniumchlorid (CTAC) wurden in einem Molmassenverhältnis von MTMS: Methanol 35:1, MTMS:H3O+ von 4:1 und MTMS : Cetyltrimethylammoniumchlorid (CTAC) von ebenfalls 4:1 angesetzt und 180 Minuten unter ständigem Rühren bei Raumtemperatur zur Hydrolyse gebracht, anschließend erfolgte die Zugabe von Ammoniumhydroxid, durch welche die Gelation initiiert wurde. Typischerweise wurden 12,2 g MTMS in 100,24 g Methanol in einem Reagenzglas gelöst, danach wurden 2,034 g CTAC und 6,445 g einer 0,0001 M HCl-Lösung zugegeben. Das Reagenzglas wurde mit Aluminiumfolie abgedeckt, die Lösung 3 Stunden gerührt. Die Kondensationsreaktion wurde durch Zugabe von 12,533 g NH4OH (28-30%) initiiert.
  2. 2. Befüllung der Wabenstruktur:
    • Nach dem Ansetzen wurde jeweils ein Stück HexWeb® (Firma Hexcel, Belgien) (C1-6,4-24; C1-3,2-29) mit einer Größe von 3x3 cm in ca. 13 mL Silica-Lösung gelegt.
  3. 3. Gelation des Aerogels in der Wabenstruktur:
    • Die mit Aerogel-Lösungen gefüllten Aramid-Wabenstrukturen (HexWeb®) wurden in dicht verschließbare Behälter aus Polypropylen (PP) gefüllt und gelierten in einem Ofen bei 50 °C über fünf Tage.
  4. 4. Waschen des Verbundmaterials:
    • Nach fünf Tagen wurden die Behälter über weitere 5 Tage hinweg zum Waschen und zum Lösungsmittelaustausch geöffnet. Dazu wurde zweimal täglich die über den Aerogelen stehende Lösung entfernt und durch Ethanol ersetzt. Auf diese Weise wurden Methanol, Wasser und nicht abreagierte Ausgangsstoffe sowie alle Zusatzstoffe aus dem Gelkörper entfernt.
  5. 5. Trocknen des Verbundmaterials:
    • Anschließend wurden die Gele in einer Extraktionsanlage im Durchfluss mittels überkritischem CO2 bei 90-100 bar getrocknet.
  6. 6. Resultate Das Wabenmaterial ist nahezu perfekt benetzt. Eine Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der mit super-flexiblem Silica-Aerogel gefüllten Aramid-Wabenstruktur zeigt 12. Die gute Haftung des Aerogels auf dem Trägermaterial ist hier deutlich zu erkennen. Die mittlere Dichte des Verbundmaterials betrug 0,037 g/ccm und die Wärmeleitfähigkeit 0,034 W/(m·K). Die Ergebnisse der Kompressionstests (13) zeigen, dass der Verbundwerkstoff im Vergleich zu reinen Stoffen einen deutlich höheren elastischen Modul aufweist. Der Kompressionstest von super-flexiblen Silica-Aerogelen, Aramid-Wabenstrukturen und Verbundwerkstoffen in der Ebene ( 13a) und senkrecht zur Ebene (13b) ist in 13 gezeigt. In der nachfolgenden Tabelle 2 sind die Ergebnisse zusammengefasst:
Tabelle 2: Material E-Modul, MPa Aramid-Wabenstrukturen 0.03-0.108 5.2-25.5 in der Ebene senkrecht zur Ebene super-flexibles Silica-Aerogel 0.0025 Verbundwerkstoff (Aramid-Waben gefüllt mit super-flexiblem Silica-Aerogel) 0.028 - 0.137 6.5 - 21.3 in der Ebene senkrecht zur Ebene Aramid honeycomb structure with super-flexible silica airgel
  1. 1. Preparation of the airgel solution (silica solution): The starting chemicals methyltrimethoxysiloxane (MTMS), methanol, H 3 O + (for example diluted HCl) and cetyltrimethylammonium chloride (CTAC) were in a molar mass ratio of MTMS: methanol 35:1, MTMS:H 3 O + of 4:1 and MTMS: cetyltrimethylammonium chloride (CTAC) of also 4:1 were prepared and hydrolyzed for 180 minutes with constant stirring at room temperature, followed by the addition of ammonium hydroxide, which initiated the gelation. Typically, 12.2 g of MTMS was dissolved in 100.24 g of methanol in a test tube, followed by 2.034 g of CTAC and 6.445 g of 0.0001 M HCl. Solution added. The test tube was covered with aluminum foil and the solution was stirred for 3 hours. The condensation reaction was initiated by adding 12.533 g of NH 4 OH (28-30%).
  2. 2. Filling the honeycomb structure:
    • After preparation, a piece of HexWeb ® (Hexcel, Belgium) (C1-6.4-24; C1-3.2-29) with a size of 3x3 cm was placed in approx. 13 mL of silica solution.
  3. 3. Gelation of the airgel in the honeycomb structure:
    • The aramid honeycomb structures (HexWeb ® ) filled with airgel solutions were placed in tightly sealable containers made of polypropylene (PP) and gelled in an oven at 50 °C for five days.
  4. 4. Washing the composite material:
    • After five days, the containers were opened for washing and solvent exchange for an additional 5 days. For this purpose, the solution above the aerogels was removed twice daily and replaced with ethanol. In this way, methanol, water and unreacted starting materials as well as all additives were removed from the gel body.
  5. 5. Drying the composite material:
    • The gels were then dried in a flow-through extraction system using supercritical CO 2 at 90-100 bar.
  6. 6. Results The honeycomb material is almost perfectly wetted. A scanning electron microscope image of the aramid honeycomb structure filled with super-flexible silica airgel shows 12 . The good adhesion of the airgel to the carrier material can be clearly seen here. The average density of the composite material was 0.037 g/ccm and the thermal conductivity was 0.034 W/(m K). The results of the compression tests ( 13 ) show that the composite material has a significantly higher elastic modulus compared to pure materials. The in-plane compression test of super-flexible silica aerogels, aramid honeycomb structures and composites ( 13a) and perpendicular to the plane ( 13b) is in 13 shown. The results are summarized in Table 2 below:
Table 2: material Modulus of elasticity, MPa Aramid honeycomb structures 0.03-0.108 5.2-25.5 in the plane perpendicular to the plane super-flexible silica airgel 0.0025 Composite material (aramid honeycomb filled with super-flexible silica airgel) 0.028 - 0.137 6.5 - 21.3 in the plane perpendicular to the plane

Ausführungsbeispiel 4:Example 4:

Aramid-Wabenstruktur mit semi-flexiblem Silica-Aerogel

  1. 1. Ansetzen der Aerogellösung:
    • Die Ausgangschemikalien Methyltrimethoxisiloxan (MTMS) und (3-Glycidoxypropyl)-methyldiethoxysilan (GPTMS) wurden im Molmassenverhältnis MTMS:GPTMS = 0,25 vorgelegt. Das Verhältnis von MTMS: Methanol betrug 30:1, das von MTMS: H3O+ 30:1 und das von MTMS:Cetyltrimethylammoniumchlorid (CTAC) = 0,071. Es wurde eine entsprechende Lösung angesetzt und 180 Minuten unter ständigem Rühren bei Raumtemperatur zur Hydrolyse gebracht, anschließend erfolgte die Zugabe von Diethylentriamin (DETA) im Verhältnis MTMS:DETA = 0,125, durch welche die Gelation initiiert wurde. Beispielsweise wurden 14,64 g MTMS und 6,36 g GPTMS in 103,32 g Methanol gelöst. Danach erfolgte die Zugabe von 2,43 g CTAC und 58,11 g HCl. Im verschlossenen Reagenzglas wurde die Lösung 3 Stunden gerührt. Im letzten Schritt wurden 1,38 g DETA zur Lösung zugegeben.
  2. 2. Befüllung der Wabenstruktur:
    • Nach dem Ansetzen wurde jeweils ein Stück HexWeb® (Firma Hexcel, Belgien) (C1-6,4-24; C1-3,2-29) in einer Größe von 3x3 cm in ca. 13 mL Silica-Lösung gelegt.
  3. 3. Gelation des Aerogels in der Wabenstruktur:
    • Die mit Lösungen gefüllten Aramid-Wabenstrukturen wurden in dicht verschließbare Behälter aus Polypropylen (PP) gefüllt und gelierten in einem Ofen bei 50°C über drei Tage.
  4. 4. Waschen des Verbundmaterials:
    • Nach fünf Tagen wurden die Behälterüber weitere 5 Tage hinweg zum Waschen und zum Lösungsmittelaustausch geöffnet. Dazu wurde zweimal täglich die über den Gelen stehende Lösung entfernt und durch Ethanol ersetzt. Auf diese Weise wurden Methanol, Wasser und nicht abreagierte Ausgangsstoffe sowie alle Zusatzstoffe aus dem Gelkörper entfernt.
  5. 5. Trocknen des Verbundmaterials:
    • Anschließend wurden die Gele in einer Extraktionsanlage im Durchfluss mittels überkritischem CO2 getrocknet.
  6. 6. Resultat:
    • Die Wabenstruktur ist vollständig mit Silica-Aerogel ausgefüllt. Das Wabenmaterial wird nahezu perfekt benetzt. 14 zeigt eine Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der mit semi-flexiblem Silica-Aerogel gefüllten Aramid-Wabenstruktur. Die gute Haftung des semi-flexiblen Aerogels auf dem Trägermaterial ist deutlich zu erkennen.
Aramid honeycomb structure with semi-flexible silica airgel
  1. 1. Preparation of the airgel solution:
    • The starting chemicals methyltrimethoxysiloxane (MTMS) and (3-glycidoxypropyl)-methyldiethoxysilane (GPTMS) were presented in the molar mass ratio MTMS:GPTMS = 0.25. The ratio of MTMS:methanol was 30:1, that of MTMS:H 3 O + 30:1 and that of MTMS:cetyltrimethylammonium chloride (CTAC) = 0.071. An appropriate solution was prepared and hydrolyzed for 180 minutes at room temperature with constant stirring, followed by the addition of diethylenetriamine (DETA) in the ratio MTMS:DETA = 0.125, which initiated the gelation. For example, 14.64 g of MTMS and 6.36 g of GPTMS were dissolved in 103.32 g of methanol. 2.43 g of CTAC and 58.11 g of HCl were then added. The solution was stirred in a sealed test tube for 3 hours. In the last step, 1.38 g of DETA was added to the solution.
  2. 2. Filling the honeycomb structure:
    • After preparation, a piece of HexWeb ® (Hexcel, Belgium) (C1-6.4-24; C1-3.2-29) measuring 3x3 cm was placed in approx. 13 mL of silica solution.
  3. 3. Gelation of the airgel in the honeycomb structure:
    • The aramid honeycomb structures filled with solutions were placed in tightly sealable containers made of polypropylene (PP) and gelled in an oven at 50°C for three days.
  4. 4. Washing the composite material:
    • After five days, the containers were opened for washing and solvent exchange for an additional 5 days. For this purpose, the solution above the gels was removed twice daily and replaced with ethanol. In this way, methanol, water and unreacted starting materials as well as all additives were removed from the gel body.
  5. 5. Drying the composite material:
    • The gels were then dried in a flow-through extraction system using supercritical CO 2 .
  6. 6. Result:
    • The honeycomb structure is completely filled with silica airgel. The honeycomb material is wetted almost perfectly. 14 shows a scanning electron micrograph of the aramid honeycomb structure filled with semi-flexible silica airgel. The good adhesion of the semi-flexible airgel to the carrier material can be clearly seen.

Die mittlere Dichte des Verbundmaterials betrug 0,092 g/ccm und die Wärmeleitfähigkeit 0,038 W/(m·K). Die Ergebnisse der Kompressionstests zeigen (15), dass der Verbundwerkstoff im Vergleich zu reinen Stoffen einen deutlich höheren elastischen Modul aufweist. Der Kompressionstest von semi-flexiblen Silica-Aerogelen, Aramid-Wabenstrukturen und Verbundwerkstoffen in der Ebene (15 a) und senkrecht zur Ebene (15 b) ist in 15 gezeigt. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 3 zusammengefasst: Tabelle 3: Material E-Modul, MPa Aramid-Wabenstrukturen 0,03-0,11 5,2-25,5 in der Ebene senkrecht zur Ebene semi-flexibles Silica-Aerogel 0,074 Ebene unabhängig von der Verbundwerkstoff: (Aramid-Waben gefüllt mit semi-flexiblem Silica-Aerogel) 0,06 - 0,16 67 - 20,2 in der Ebene senkrecht zur Ebene The average density of the composite material was 0.092 g/ccm and the thermal conductivity was 0.038 W/(m K). The results of the compression tests show ( 15 ), that the composite material has a significantly higher elastic modulus compared to pure materials. The in-plane compression test of semi-flexible silica aerogels, aramid honeycomb structures and composites ( 15 a) and perpendicular to the plane ( 15 b) is in 15 shown. The results are summarized in Table 3 below: Table 3: material Modulus of elasticity, MPa Aramid honeycomb structures 0.03-0.11 5.2-25.5 in the plane perpendicular to the plane semi-flexible silica airgel 0.074 level independent of Composite material: (aramid honeycomb filled with semi-flexible silica airgel) 0.06 - 0.16 67 - 20.2 in the plane perpendicular to the plane

Ausführungsbeispiel 5:Example 5:

Gemäß Ausführungsbeispiel 1 hergestellte Waben wurden mittels thermogravimetrischen Analysen, welche mit Infrarotspektroskopie gekoppelt waren, zur Bestimmung des thermischen Zersetzungsverhaltens durchgeführt.Honeycombs produced according to embodiment 1 were carried out using thermogravimetric analyzes coupled with infrared spectroscopy to determine the thermal decomposition behavior.

Die thermogravimetrische Analyse (TGA), auch Thermogravimetrie genannt, ist eine analytische Methode bzw. Methode der thermischen Analyse oder Thermoanalytik, bei der die Masseänderung einer Probe in Abhängigkeit von der Temperatur und Zeit gemessen wird. Die Proben wurden in einem Ofen in einem Temperaturbereich von 26 °C bis 1000 °C erhitzt. Dabei wurde der Masseverlust bestimmt. Gleichzeitig wurde von den während des Erhitzens entstandenen Gasen eine Analyse mittels Infrarotspektroskopie durchgeführt.Thermogravimetric analysis (TGA), also known as thermogravimetry, is an analytical method or method of thermal analysis or thermoanalytics in which the change in mass of a sample is measured as a function of temperature and time. The samples were heated in an oven in a temperature range of 26 °C to 1000 °C. The mass loss was determined. At the same time, the gases produced during heating were analyzed using infrared spectroscopy.

11 zeigt die TGA-Kurven einer Aramidwabe ohne Aerogel (gestrichelte Linie) und einer Aramidwabe mit RF-Aerogel beschichtet (durchgezogene Linie) (hergestellt gemäß Ausführungsbeispiel 1). 11 shows the TGA curves of an aramid honeycomb without airgel (dashed line) and an aramid honeycomb coated with RF airgel (solid line) (produced according to embodiment 1).

Die TGA-Kurve von Aramidwaben (beschichtet mit Phenolharz) ohne Aerogel zeigte im gemessenen Temperaturbereich von 26 bis 1000 °C einen Massenverlust von ca. 50%, wobei man 2 Stufen bei 100 °C und 450 °C erkennen konnte. Obwohl sich Aramid bei 500-550 °C zersetzt ( K.E. Perepelkin, Fibre Chemistry 35 (4), 265-269, 2003 ), sieht man anhand der TGA-Kurve, dass die Zersetzung weiter bis 1000 °C stattfindet. Das liegt möglicherweise an der Harzbeschichtung der Wabe.
Bei mit Aerogel beschichteten Aramidwaben betrug der Massenverlust ca. 57%. Man erkennt einen leichten Abstieg im Bereich 100-400 °C und eine Stufe bei 450 °C.
The TGA curve of aramid honeycombs (coated with phenolic resin) without airgel showed a mass loss of approx. 50% in the measured temperature range from 26 to 1000 °C, with 2 steps at 100 °C and 450 °C. Although aramid decomposes at 500-550 °C ( KE Perepelkin, Fiber Chemistry 35 (4), 265-269, 2003 ), you can see from the TGA curve that the decomposition continues up to 1000 °C. This may be due to the resin coating on the honeycomb.
For aramid honeycombs coated with airgel, the mass loss was approximately 57%. You can see a slight decrease in the range 100-400 °C and a step at 450 °C.

IR-Spektren, aufgenommen während der Pyrolyse bei der TGA, zeigten die Zersetzungsprodukte, die dabei entstanden. Der Massenverlust entspricht am Anfang der Menge an entweichendem CO2 und physikalisch absorbiertem Wasser (Peaks bei 2400 cm-1, 3500 und 1800 cm-1). In Tabelle 4 sind die Absorptionsbanden des Infrarotspektrums (IR-Absorptionsbanden) und die Zuordnung zu den chemischen Gruppen dargestellt, wie sie bei der Pyrolyse der Aramidwaben entstehen. Tabelle 5 zeigt die bei der Pyrolyse von mit RF-Aerogel gefüllten Aramidwaben zusätzlich auftretenden IR-Absorptionsbanden. Tabelle 4: Bande [cm-1] Gruppe 3900-3700 Wasser 3500 -N-H Valenzschwingung 2300, 695 CO2 Valenzschwingung 3000-2600 -C-H Valenzschwingung 1739 -C=O Valenzschwingung 1700-1500 N-H2 Deformationsschwingung Tabelle 5: Bande [cm-1] Gruppe 3015 CH2 Streckschwingung 1081 C-O Streckschwingung 3619 O-H Valenzschwingung IR spectra recorded during pyrolysis in TGA showed the decomposition products that were formed. The mass loss initially corresponds to the amount of escaping CO 2 and physically absorbed water (peaks at 2400 cm -1 , 3500 and 1800 cm -1 ). Table 4 shows the absorption bands of the infrared spectrum (IR absorption bands) and the assignment to the chemical groups as they arise during the pyrolysis of the aramid honeycomb. Table 5 shows the additional IR absorption bands that occur during the pyrolysis of aramid honeycombs filled with RF airgel. Table 4: Band [cm -1 ] group 3900-3700 Water 3500 -NH valence oscillation 2300, 695 CO 2 valence oscillation 3000-2600 -CH valence oscillation 1739 -C=O valence vibration 1700-1500 NH 2 deformation vibration Table 5: Band [cm -1 ] group 3015 CH 2 stretching vibration 1081 CO stretching vibration 3619 OH valence oscillation

Ausführungsbeispiel 6:Example 6:

Pappwaben wurden analog zu Ausführungsbeispiel 1 mit einem RF-Aerogel beschichtet. Es wurden die gleichen thermogravimetrischen Analysen wie in Ausführungsbeispiel 5 durchgeführt. In 10 sind die TGA-Kurven von Papierwaben ohne Füllung (gestrichelte Linie) und Papierwaben mit Aerogelfüllung (durchgezogene Linie) dargestellt.Cardboard honeycombs were coated with an RF airgel analogously to embodiment 1. The same thermogravimetric analyzes were carried out as in Example 5. In 10 the TGA curves of paper honeycomb without filling (dashed line) and paper honeycomb with airgel filling (solid line) are shown.

Die TGA-Kurve von Papierwaben ohne Aerogel zeigte im gemessenen Temperaturbereich von 26 °C bis 1000 °C einen Massenverlust von 83%. Diese findet in 2 Stufen bei 100 °C und 300-400 °C statt. Bei mit Aerogel gefüllten Papierwaben betrug der Massenverlust 39,9%. Man erkennt im Spektrum (10) einen leichten Abstieg im Bereich 100-300 °C und weiterhin eine Stufe bei 350-400 °C.The TGA curve of paper honeycombs without airgel showed a mass loss of 83% in the measured temperature range from 26 °C to 1000 °C. This takes place in 2 stages at 100 °C and 300-400 °C. For paper honeycombs filled with airgel, the mass loss was 39.9%. You can see in the spectrum ( 10 ) a slight decrease in the range 100-300 °C and a further step at 350-400 °C.

IR-Spektren, aufgenommen während der Pyrolyse der TGA-Messung, zeigen die Zersetzungsprodukte, die dabei entstanden sind. Der Massenverlust am Anfang entspricht CO2 und physikalisch absorbiertem Wasser (Peaks im IR-Spektrum bei 2400 cm-1 und bei 1800 cm-1) ( Wang Shurong et. al, Front. Energy Power Eng. China 1 (4), 413-419, 2007 ). Zwischen 300-400 °C erscheinen mehrere Peaks. In Tabelle 6 sind die Signale (Banden) im IR-Spektrum der Papierwabe dargestellt. Tabelle 7 zeigt die bei den mit Aerogel gefüllten Waben zusätzlich auftretenden Signale. Tabelle 6: Bande [cm-1] Gruppe 3900-3500 Wasser 2175 CO 2300, 695 -CO2 Valenzschwingung 1739 -C=O Valenzschwingung 1500-900 C-C und C-O Tabelle 7: Bande [cm-1] Gruppe 3000 Aryl-H Valenzschwingung aromatischer Verbindungen 2175 C=C Valenzschwingung aromatischer Ringe 1300 -O-H Streckschwingung IR spectra recorded during the pyrolysis of the TGA measurement show the decomposition products that were formed. The initial mass loss corresponds to CO 2 and physically absorbed water (peaks in the IR spectrum at 2400 cm -1 and at 1800 cm -1) ( Wang Shurong et. al, front. Energy Power Eng. China 1 (4), 413-419, 2007 ). Several peaks appear between 300-400 °C. Table 6 shows the signals (bands) in the IR spectrum of the paper honeycomb. Table 7 shows the additional signals that occur with the honeycombs filled with airgel. Table 6: Band [cm -1 ] group 3900-3500 Water 2175 CO 2300, 695 -CO 2 valence oscillation 1739 -C=O valence vibration 1500-900 CC and CO Table 7: Band [cm -1 ] group 3000 Aryl-H valence vibration of aromatic compounds 2175 C=C valence vibration of aromatic rings 1300 -OH stretching vibration

Die Ergebnisse der Ausführungsbeispiele 5 und 6 zeigen, dass sich weniger Wabenmaterial zersetzt, wenn es mit Aerogel beschichtet ist.The results of embodiments 5 and 6 show that less honeycomb material decomposes when it is coated with airgel.

Dabei ist zu beachten, dass die Proben für die Messungen nach der Füllung mit Aerogel geschnitten wurden, sodass an den Schnittstellen Wabenmaterial frei wurde. Diese Stellen sind somit ungeschützt und fangen während der Pyrolyse schneller beziehungsweise früher an, sich zu zersetzen.It should be noted that the samples for the measurements were cut after being filled with airgel, so that honeycomb material was exposed at the interfaces. These areas are therefore unprotected and begin to decompose more quickly or earlier during pyrolysis.

Ausführungsbeispiel 7:Example 7:

Zur Bestimmung der Stabilität von mit Aerogel gefüllten Trägerstrukturen wurde eine Aramidwabe, wie sie auch in Ausführungsbeispiel 1 eingesetzt wurde, in einem 3-Punkt-Biegeversuch auf ihre Biegefestigkeit untersucht. Ebenso wurde eine gemäß Ausführungsbeispiel 1 hergestellte, mit RF-Aerogel gefüllte Aramidwabe im 3-Punkt-Biegeversuch auf ihre Biegefestigkeit hin untersucht.To determine the stability of support structures filled with airgel, an aramid honeycomb, as was also used in exemplary embodiment 1, was examined for its flexural strength in a 3-point bending test. Likewise, an aramid honeycomb filled with RF airgel produced according to exemplary embodiment 1 was examined for its flexural strength in a 3-point bending test.

Die Biegefestigkeit ist ein Wert für die Biegespannung in einem auf Biegung beanspruchten Bauteil. Wird die Biegefestigkeit überschritten, versagt das Bauteil, indem es bricht. Sie beschreibt somit den Widerstand eines Werkstücks, welcher seiner Durchbiegung oder seinem Bruch entgegengesetzt wird. Die Biegefestigkeit wird üblicherweise in einem Biegeversuch geprüft. Dabei wird häufig der 3-Punkt-Biegeversuch eingesetzt. Beim 3-Punkt-Biegeversuch wird die Prüfprobe auf zwei Auflagen positioniert und in der Mitte mit einem Prüfstempel belastet.The bending strength is a value for the bending stress in a component subject to bending stress. If the bending strength is exceeded, the component fails and breaks. It therefore describes the resistance of a workpiece, which is opposed to its deflection or breakage. The bending strength is usually tested in a bending test. The 3-point bending test is often used. In the 3-point bending test, the test sample is positioned on two supports and loaded in the middle with a test stamp.

Im 3-Punkt-Biegeversuch zeigte die Aramidwabe eine Biegefestigkeit von 1,04 N/mm2. Die mit RF-Aerogel gefüllte Aramidwabe zeigte eine Biegefestigkeit von 1,78 N/mm2. Die Biegefestigkeit der gefüllten Aramidwabe ist somit etwa 1,7 fach größer als die der nicht-gefüllten Aramidwabe.In the 3-point bending test, the aramid honeycomb showed a bending strength of 1.04 N/mm 2 . The aramid honeycomb filled with RF airgel showed a flexural strength of 1.78 N/mm 2 . The bending strength of the filled aramid honeycomb is therefore approximately 1.7 times greater than that of the unfilled aramid honeycomb.

Claims (10)

Sandwichstruktur (3) umfassend einen Kernwerkstoff (1), wobei der Kernwerkstoff (1) zwischen zwei Deckschichten (2a, 2b) angeordnet ist, wobei die beiden Deckschichten (2a, 2b) gleich oder voneinander verschieden sind, wobei der Kernwerkstoff (1) aus einem Trägermaterial mit makroskopischen Hohlräumen ist, in welchem die Hohlräume mit einem Aerogel gefüllt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernwerkstoff (1) erhältlich ist mit einem Verfahren zur Herstellung eines Kernwerkstoffs (1), in welchem in die Hohlräume des Trägermaterials eine Aerogellösung eingebracht und anschließend die Aerogellösung schrumpfungsfrei zum Aerogel getrocknet wird.Sandwich structure (3) comprising a core material (1), the core material (1) being arranged between two cover layers (2a, 2b), the two cover layers (2a, 2b) being the same or different from each other, the core material (1). a carrier material with macroscopic cavities, in which the cavities are filled with an airgel, characterized in that the core material (1) is obtainable with a method for producing a core material (1), in which an airgel solution is introduced into the cavities of the carrier material and The airgel solution is then dried to form an airgel without shrinkage. Sandwichstruktur (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernwerkstoff (1) erhältlich ist, indem man das Trägermaterial vor Einbringung der Aerogellösung beschichtet.Sandwich structure (3). Claim 1 , characterized in that the core material (1) is obtainable by coating the carrier material before introducing the airgel solution. Sandwichstruktur (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial einen offenzelligen oder offenporigen Schaum oder eine Wabenstruktur umfasst.Sandwich structure (3). Claim 1 or 2 , characterized in that the carrier material comprises an open-cell or open-pored foam or a honeycomb structure. Sandwichstruktur (3) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wabenstruktur Papierwaben, Pappwaben, Aluminiumwaben, Aramidwaben oder Polymerwaben umfasst.Sandwich structure (3). Claim 3 , characterized in that the honeycomb structure comprises paper honeycomb, cardboard honeycomb, aluminum honeycomb, aramid honeycomb or polymer honeycomb. Sandwichstruktur (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernwerkstoff (1) weiterhin wenigstens eine Materialschicht, insbesondere ein Filter aus Vlies oder Papier, umfasst.Sandwich structure (3) according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that the core material (1) further comprises at least one material layer, in particular a filter made of fleece or paper. Sandwichstruktur (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernwerkstoff (1) eine Dichte im Bereich von 0,1 bis 0,3 g/cm3 und/oder eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 0,04 bis 0,06 W/(m·K) aufweist.Sandwich structure (3) according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the core material (1) has a density in the range of 0.1 to 0.3 g/cm 3 and/or a thermal conductivity in the range of 0.04 to 0.06 W/(m K). Sandwichstruktur (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend eine tragende Haut als erste Deckschicht (2a), eine Außenhaut als zweite Deckschicht (2b) und einen zwischen der tragenden Haut und der Außenhaut angeordneten flammschützenden Kern als Kernwerkstoff (1).Sandwich structure (3) according to one of the Claims 1 until 6 , comprising a load-bearing skin as a first cover layer (2a), an outer skin as a second cover layer (2b) and a flame-retardant core arranged between the load-bearing skin and the outer skin as a core material (1). Sandwichstruktur (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschichten (2a, 2b) ausgewählt sind aus faserhaltigem Kunststoff oder Metall.Sandwich structure (3) according to one of the Claims 1 until 7 , characterized in that the cover layers (2a, 2b) are selected from fiber-containing plastic or metal. Sandwichstruktur (3) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der faserhaltige Kunststoff ausgewählt ist aus CFK (Kohlenstofffaser-verstärkter Kunststoff), GFK (Glasfaser-verstärkter Kunststoff), AFK (Aramidfaser-verstärkter Kunststoff) oder NFK (Naturfaser-verstärkter Kunststoff).Sandwich structure (3). Claim 8 , characterized in that the fiber-containing plastic is selected from CFK (carbon fiber-reinforced plastic), GFK (glass fiber-reinforced plastic), AFK (aramid fiber-reinforced plastic) or NFK (natural fiber-reinforced plastic). Sandwichstruktur (3) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall ausgewählt ist aus Aluminium oder Titan.Sandwich structure (3). Claim 8 , characterized in that the metal is selected from aluminum or titanium.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108623195B (en) * 2017-03-17 2021-04-27 长沙星纳气凝胶有限公司 Heat insulation glass and preparation method thereof
CN108623194B (en) * 2017-03-17 2021-04-27 长沙星纳气凝胶有限公司 Composite glass with built-in aerogel and preparation method thereof
CN108819381A (en) * 2018-06-26 2018-11-16 株洲时代新材料科技股份有限公司 A kind of lightweight sound-proof refractory ship's space siding and preparation method thereof
CN109606475B (en) * 2018-12-05 2021-06-04 北京新能源汽车股份有限公司 Vehicle roof structure and vehicle that has it
CN109606479B (en) * 2018-12-05 2021-06-08 北京新能源汽车股份有限公司 Vehicle body structure and vehicle with same
CN115387556B (en) * 2022-08-30 2023-10-13 金彩螺新材料科技有限公司 Energy-saving heat-insulating building decoration system for outer wall

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3428285A1 (en) 1983-08-04 1985-02-21 Micropore International Ltd., Droitwich, Worcestershire THERMAL INSULATION BODY
US5306555A (en) 1991-09-18 1994-04-26 Battelle Memorial Institute Aerogel matrix composites
US6068882A (en) 1995-11-09 2000-05-30 Aspen Systems, Inc. Flexible aerogel superinsulation and its manufacture
WO2003100364A2 (en) 2002-05-23 2003-12-04 Bell Helicopter Textron Inc. Method and apparatus for reducing the infrared and radar signature of a vehicle
US7078359B2 (en) 2000-12-22 2006-07-18 Aspen Aerogels, Inc. Aerogel composite with fibrous batting
US7291373B2 (en) 2005-05-05 2007-11-06 Northrop Grumman Corporation Thermally insulated structure—full depth sandwich joint concept
US20100047516A1 (en) 2007-01-25 2010-02-25 Williams Randy B Embedded Conductor Honeycomb Core and Sandwich Panel Incorporating Same

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5830548A (en) * 1992-08-11 1998-11-03 E. Khashoggi Industries, Llc Articles of manufacture and methods for manufacturing laminate structures including inorganically filled sheets
DE102004046495B4 (en) 2004-09-23 2009-04-09 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Airgel-containing composite material and process for its production
DE102011082087A1 (en) 2010-09-17 2012-03-22 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Core material for e.g. aircraft wing, has honeycomb webs that are filled in cavities between fiber strands of filler provided in metal plates, through bonding agent
DE102013216965B4 (en) 2013-08-27 2022-06-30 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Process for the production of a nanostructured organic airgel and the airgel thus obtained

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3428285A1 (en) 1983-08-04 1985-02-21 Micropore International Ltd., Droitwich, Worcestershire THERMAL INSULATION BODY
US5306555A (en) 1991-09-18 1994-04-26 Battelle Memorial Institute Aerogel matrix composites
US6068882A (en) 1995-11-09 2000-05-30 Aspen Systems, Inc. Flexible aerogel superinsulation and its manufacture
US7078359B2 (en) 2000-12-22 2006-07-18 Aspen Aerogels, Inc. Aerogel composite with fibrous batting
WO2003100364A2 (en) 2002-05-23 2003-12-04 Bell Helicopter Textron Inc. Method and apparatus for reducing the infrared and radar signature of a vehicle
US7291373B2 (en) 2005-05-05 2007-11-06 Northrop Grumman Corporation Thermally insulated structure—full depth sandwich joint concept
US20100047516A1 (en) 2007-01-25 2010-02-25 Williams Randy B Embedded Conductor Honeycomb Core and Sandwich Panel Incorporating Same

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