DE102020128962A1 - Halbzeug und Verfahren zur Herstellung von Schaum-Sandwich-Strukturen - Google Patents

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Sebastian Porstmann
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Gerd Töberling
Ralph Wilken
Thomas Kowalik
Andreas Niepel
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Abstract

Halbzeug, umfassend eine erste Deckschicht und eine zweite Deckschicht und zwischen der ersten und der zweiten Deckschicht eine Schicht aus schäumbarem Material, wobei- das schäumbare Material zu ≥ 50 Gew-% kohlenstoffhaltige Verbindungen umfasst,- das Schäumen des schäumbaren Materials durch Wärmeeinfluss erfolgen kann,- das schäumbare Material nach oder beim Schäumen aushärtbar ist und- das schäumbare Material nach Schäumen und Aushärten so fest an wenigstens einer der Deckschichten haftet, dass bei Trennung des Halbzeuges durch Zug senkrecht zu den Schichtgrenzen ein Kohäsionsbruch im geschäumten Material erfolgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Halbzeug, umfassend eine erste Deckschicht und eine zweite Deckschicht und zwischen der ersten und der zweiten Deckschicht eine Schicht aus schäumbarem Material, wobei das schäumbare Material kohlenstoffhaltige Verbindungen umfasst, das Schäumen durch Wärmeeinfluss erfolgen kann, das schäumbare Material aushärtbar ist und das schäumbare Material nach dem Schäumen und Aushärten so fest an wenigstens einer der Deckschichten haftet, dass bei Trennung des Halbzeuges durch Zug senkrecht zu den Schichtgrenzen ein Kohäsionsbruch im geschäumten Material erfolgt. Die Erfindung betrifft ferner eine Schaum-Sandwich-Struktur, hergestellt oder herstellbar aus einem erfindungsgemäßen Halbzeug, die Verwendung eines erfindungsgemäßen Halbzeuges zur Herstellung einer Schaum-Sandwich-Struktur sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Halbzeuges.
  • Für die Herstellung von Schaum-Sandwich-Strukturen existieren im Stand der Technik zwei Hauptrouten zur Herstellung:
    • - Differentielle Bauweise unter Verwendung eines Schaumkerns und zweier Deckschichten (häufig Bleche, Platten oder Folien): Hierbei werden die Materialien zu einem Sandwichmaterial gefügt (Fügeverfahren häufig Kleben, Schweißen, Löten, Sintern)
    • - Integrale Bauweise: Zwischen zwei Platten wird ein schäumbares Material eingebracht (häufig PU / EPS / Aluminiumpulver, weitere). Hierfür liegt das Material nicht fest, sondern in förderfähigem Zustand vor, z. B. in flüssigem Zustand (Lösung / Dispersion) oder als Pulver. Nach dem Einbringen des schäumbaren Materials wird der Schäumprozess gestartet, z. B. durch Erwärmung oder Bestrahlung. Dabei wird das schäumbare Material zum Schäumen angeregt (Gasbildung) und gleichzeitig feste Schaumwände ausgebildet.
  • In der DE 4104237 A1 wird ein Verfahren beansprucht, bei dem (gegebenenfalls nach Umformung) zwischen zwei Blechschalen ein Hohlraum gebildet wird, der mit einer Schaummasse gefüllt und parallel oder sequentiell zum Expandieren gebracht wird. Nachteilig ist hier, dass mit flüssigen Systemen in der Sandwich-Produktion gearbeitet werden muss und dass über den Füllprozess die Größe der Bauteile limitiert und die Taktzeit erhöht wird.
  • Den nächstliegenden Stand der Technik bildet z. B. die DE 4104237 A1 . In dieser Offenlegungsschrift ist ein Verfahren beschrieben, bei dem die Herstellung eines metallischen Verbundwerkstoffes offenbart ist. Dieser Verbundwerkstoff wird aus mindestens drei Schichten aufgebaut, welche mindestens eine aufschäumbare Kernschicht beinhalten. Das Verfahren besteht aus den Schritten oberes und unteres Bedecken der aufschäumbaren Kernschicht (d. h. die Kernschicht ist freitragend), Einlegen in eine Presse zur Herstellung eines Roh-Verbundwerkstoffes, plastisches Verformen und gleichzeitiges Erwärmen zur Initiation des Schäumprozesses.
  • Nachteil hier ist, dass mit der Methode nur metallische Sandwichmaterialien zugänglich sind, weil eine freitragende aufschäumbare Kernschicht vorhanden sein muss. Weiterhin werden bei diesem Verfahren sehr hohe Temperaturen erforderlich, um die aufschäumbare Kernschicht zur Expansion zu bringen (Aluminium-Silizium-Material). Diese hohen Temperaturen können den Wärmebehandlungszustand der Metalldeckbleche negativ beeinflussen und führen zu einem hohen Energieverbrauch. Weiterhin müssen bei diesem beschriebenen Verfahren die Ränder der Bleche fest in dem Umformwerkzeug verbleiben und können nicht aufschäumen.
  • Aufgabe der Erfindung war es daher, ein Halbzeug und ein Verfahren zu beschreiben, das die rationelle Herstellung schäumbarer Sandwichstrukturen mit nichtmetallischem Kern durch (Umform-)Pressen und Temperung ermöglicht. Bevorzugt war es im Sinne dieser übergeordneten Aufgabenstellung, ein Halbzeug bereitzustellen, das gewährleisten kann, dass der Umform- und Expansionsvorgang zumindest im Wesentlichen in einem Schritt erfolgen kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Halbzeug umfassend eine erste Deckschicht und eine zweite Deckschicht und zwischen der ersten und der zweiten Deckschicht eine Schicht aus schäumbarem Material, wobei
    • - das schäumbare Material zu ≥ 50 Gew.-% kohlenstoffhaltige Verbindungen umfasst,
    • - das Schäumen des schäumbaren Materials durch Wärmeeinfluss erfolgen kann,
    • - das schäumbare Material nach oder beim Schäumen aushärtbar ist und
    • - das schäumbare Material nach Schäumen und Aushärten so fest an wenigstens einer der Deckschichten haftet, dass bei Trennung des Halbzeuges durch Zug senkrecht zu den Schichtgrenzen ein Kohäsionsbruch im geschäumten Material erfolgt.
  • Ein Halbzeug im Sinne dieser Erfindung ist ein Vorprodukt, also ein bereits im Sinne des zukünftigen Endproduktes vorbearbeiteter Gegenstand, der aber dazu bestimmt ist, wenigstens einen weiteren Bearbeitungsschritt zum Endprodukt hin zu durchlaufen. Ein Halbzeug im Sinne dieses Textes kann auch als Vorprodukt oder Zwischenprodukt bezeichnet werden.
  • Eine Deckschicht im Sinne des vorliegenden Textes ist eine Schicht, die dazu bestimmt ist, eine andere Schicht in wenigstens eine Raumrichtung zu begrenzen. Dabei ist es im Sinne des vorliegenden Textes bevorzugt, dass eine Deckschicht so ausgestaltet ist, dass sie in der erfindungsgemäßen (fertigen) Schaum-Sandwich-Struktur tatsächlich außen liegt. Dabei ist aber nicht ausgeschlossen, dass eine Deckschicht im Sinne des vorliegenden Textes weitere Schichten wie z. B. Schutzschichten oder Farbschichten auf der der Schicht aus schäumbarem Material entgegengesetzten Oberfläche umfasst.
  • Ein schäumbares Material im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Material, das durch Wärmeeinfluss ohne die Zugabe weiterer Reaktionspartner, insbesondere auch nicht Feuchtigkeit aus der Umgebungsatmosphäre eine Expansion durch Gasbildung erfahren kann.
  • Aushärtbar im Sinne des vorliegenden Textes ist ein schäumbares Material dann, wenn es nach dem Aufschäumen in einen Zustand gebracht werden kann, bei dem wenigstens ein Teil der durch das Schäumen erzeugten Volumenzunahme erhalten bleibt. Bevorzugt erfolgt das Aushärten durch Polykondensation, Polyaddition oder Polymerisation. Alternativ oder besonders bevorzugt liegt die Glasübergangstemperatur des schäumbaren Materials nach Aushärtung ≥ 10 K über der Einsatztemperatur (also der maximalen Temperatur der das Bauteil im üblichen Einsatz ausgesetzt ist) der Schaum-Sandwich-Struktur.
  • Die Formulierung, dass das „schäumbare Material nach Schäumen und Aushärten so fest an wenigstens einer der Deckschichten haftet, dass bei Trennung des Halbzeuges durch Zug senkrecht zu den Schichtgrenzen ein Kohäsionsbruch im geschäumten Material erfolgt“, bedeutet im Sinne dieses Textes, dass nach dem Schäumen und Aushärten der entsprechende Zugversuch durchgeführt werden muss. Zwar liegt zu diesem Zeitpunkt nicht mehr zwingend ein Halbzeug vor, sodass zu dieser Definition unter dem Begriff „Halbzeug“ ausnahmsweise - anders als sonst hier im Text verwendet - auch ein Zwischenprodukt zwischen dem Halbzeug zum Endprodukt oder sogar das Endprodukt gezählt werden muss. Bereiche, in denen ein Formschluss zwischen Deckschicht und Schicht aus schäumbarem Material vorliegt, bleiben dabei unberücksichtigt.
  • Es ist allerdings im Sinne der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass das schäumbare Material bereits vor dem Schäumen und Aushärten so fest an wenigstens einer der Deckschichten haftet, dass beim Handhaben der wenigstens einen Deckschicht das Material vollständig und formunverändert auf dieser verbleibt. Im Zweifelsfall ist das dadurch zu testen, indem die betreffende Deckschicht so ausgerichtet wird, dass das schäumbare Material, das an ihr haftet, nach unten (also gegen die Erdanziehung) ausgerichtet ist. Sofern nach 10 Minuten in dieser Haltung keine Formveränderung des schäumbaren Materials auftritt, ist die bevorzugte Variante, dass das schäumbare Material bereits ohne Formveränderung an wenigstens einer Deckschicht haftet, im Sinne des vorliegenden Textes erfüllt.
  • Bevorzugt ist es sogar, dass bereits das schäumbare Material vor dem Schäumen und Aushärten an wenigstens einer der Deckschichten so fest haftet, dass bei Trennung des Halbzeuges durch Zug senkrecht zu den Schichtgrenzen ein Kohäsionsbruch im schäumbaren Material erfolgt
  • Es hat sich überraschend herausgestellt, dass durch eine geeignete Materialzusammenstellung, wie im erfindungsgemäßen Halbzeug beschrieben, die Expansion, Formgebung und sogar Aushärtung gegebenenfalls in einem (gemeinsamen) Schritt erfolgen kann. Dies erleichtert die Handhabung ungemein. Nichtsdestotrotz ist es möglich, nur Teile dieser (gemeinsamen) Schritte zum Produkt auch tatsächlich gemeinsam durchführen zu lassen. So ist es beispielsweise möglich, dass das Schäumen und Formgeben in einem Formwerkzeug erfolgen, wobei es vor Trennung aus dem Formwerkzeug nur zu einer teilweisen Aushärtung oder zu einer vollständigen Aushärtung kommen kann.
  • Im Sinne der vorliegenden Erfindung kann es auch sinnvoll sein, dass bei dem erfindungsgemäßen Halbzeug das schäumbare Material im Sinne einer der oben beschriebenen Definitionen nur an einer der beiden Deckschichten haftet, während die zweite Deckschicht nur lose auf dem schäumbaren Material vorgesehen ist.
  • Bevorzugt ist im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass das schäumbare Material zu ≥ 60 Gew.-%, weiter bevorzugt ≥ 70 Gew.-%, noch weiter bevorzugt ≥ 80 Gew.-% und besonders bevorzugt ≥ 90 Gew.-% kohlenstoffhaltige Verbindungen umfasst. Dabei wird stets das Gewicht der gesamten kohlenstoffhaltigen Verbindung berücksichtigt, nicht nur des in ihr enthaltenen Kohlenstoffes.
  • Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Halbzeug, wobei die erste Deckschicht und/oder die zweite Deckschicht ein umformbares Material ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Metall, Holz, Polymer, insbesondere aushärtbarem Polymer, faserverstärktem Kunststoff, Thermoplast, biogenem Kunststoff, Naturfaserlage, Papier und Pappe.
  • Umformung im Sinne der Anmeldung ist das Zugdruckumformen nach DIN 8584, das Zugumformen nach DIN 8585 und das Biegeumformen nach DIN 8586.
  • Weiter bevorzugt ist wenigstens eine der beiden Deckschichten, noch weiter bevorzugt beide Deckschichten aus Metall, bevorzugt aus Eisen oder eisenhaltigen Legierungen oder Aluminium oder aluminiumhaltigen Legierungen oder Magnesium oder magnesiumhaltigen Legierungen, Titan oder titanhaltigen Legierungen.
  • Diese Materialien haben sich im Sinne der vorliegenden Erfindung als besonders geeignet für die Deckschichten erwiesen.
  • Bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein erfindungsgemäßes Halbzeug, das wickelbar ist. Wickelbar im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass beim Aufwickeln um einen Zylinder mit Durchmesser, der 1.800 x d, bevorzugt 900 x d, weiter bevorzugt 450 x d, besonders bevorzugt 225 x d entspricht, wobei d die Dicke des schäumbaren Materials ist, nach dem Abwickeln ≥ 50 Gew.-%, bevorzugt ≥ 70 Gew.-% und weiter bevorzugt ≥ 90 Gew.-% und besonders bevorzugt sämtliches schäumbares Material an der Deckschicht verbleibt.
  • Im Zweifelsfall wird so gewickelt, dass die Schicht aus schäumbaren Material zum Zylinder hin ausgerichtet ist (stauchend).
  • Damit ist es möglich, das Halbzeug in großen Mengen z. B. auf Rolle zur Verfügung zu stellen. Gleichzeitig kann eine entsprechende bewegliche Halbzeugausgestaltung für viele nachfolgende Prozesse besonders gut eingesetzt werden.
  • Wie bereits oben angedeutet, ist es im Sinne der Erfindung so, dass das schäumbare Material im erfindungsgemäßen Halbzeug einen Festkörper bildet, der bevorzugt trocken vorliegt. Trocken bedeutet hierbei ein Feuchtigkeitsgehalt von ≤ 5 Gew.-%.
  • Wie bereits oben angedeutet, handelt es sich bevorzugt bei dem erfindungsgemäß einzusetzenden schäumbaren Material um ein polymerisierbares oder weiter vernetzbares Polymer. Bevorzugt ist im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass dieses (Pre-)Polymer als Dispersion auf das Deckschichtmaterial auftragbar ist, z. B. über Walzen-, Rakel-, und/oder Sprühauftrag und es nachfolgend über Trocknung in den Festkörperzustand zu überführen.
  • Erfindungsgemäß bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Halbzeug, wobei die Schicht aus schäumbarem Material bei 20 °C, bevorzugt bei 40 °C, besonders bevorzugt bei 60 °C fest ist.
  • Dies sind typische Temperaturen, die vor der Verarbeitung vorliegen, wobei insbesondere bei den bevorzugten Bereichen Reserven vorhanden sind.
  • Bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein erfindungsgemäßes Halbzeug, wobei die Schicht aus schäumbarem Material so zusammengesetzt ist, dass sie nach dem Aufschäumen und vor dem Aushärten als Thermoplast vorliegt und nach Aushärten ein Duromer bildet.
  • Der Übergang vom Thermoplasten zum Duromer im Rahmen des Aushärtprozesses hat den großen Vorteil, dass während des Aufschäumens thermoplastische Eigenschaften vorliegen und dass nach dem Aufschäumen und Aushärten, wenn keine Formveränderung mehr gewünscht ist, das Duromer die entsprechende Formstabilität liefert.
  • Bevorzugt wird das schäumbare Material so eingestellt, dass die Erweichungstemperatur des schäumbaren Materials kleiner gleich der Schäumungstemperatur des Schäumungsreagenzes ist und/oder die Schäumungsgeschwindigkeit des Schäumungsreagenzes sehr viel größer als die Härtungsgeschwindigkeit des schäumbaren Materials ist, bevorzugt 10 x größer ist. Hierbei werden die Zeiten bestimmt, bei denen der Schäumprozess und die Härtung zu 90 % umgesetzt sind.
  • Bevorzugt im Sinne der Erfindung ist ein erfindungsgemäßes Halbzeug, wobei das Treibmittel für den Schäumungsprozess ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasser, wasserabgebendem Füllstoff, CO2, CO2-abgebendem Füllstoff, N2, N2-abgebendem Füllstoff, O2, O2-abgebendem Füllstoff und expandierender Mikrokapsel.
  • In vielen Fällen umfasst das erfindungsgemäß einzusetzende schäumbare Material neben dem polymerisierbaren oder teilpolymerisierten Material Treibmittel (Schäumungsreagenzien), die bei einem entsprechenden Wärmeeinfluss eine physikalische oder chemische Reaktion bewirken, bei der Gase freigesetzt werden, die letztendlich den Schäumungsprozess vorantreiben. Die hier genannten bevorzugt einzusetzenden Treibmittel haben sich im Sinne der vorliegenden Erfindung als besonders geeignet erwiesen.
  • In vielen Fällen ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass das schäumbare Material einen oder mehrere Füllstoffe umfasst, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Holzmehl, Holzspänen, Lignomasse, Getreide, Mais, Reis, Dinkel, Hirse, Gips, Carbonat, Eierschalenkalk, Kalk, Metallpulver, Ruß, Graphit, Graphen und Graphenoxid.
  • Diese Füllstoffe sind dazu geeignet, dem schäumbaren Material bzw. dem Schaumkern in der Schaum-Sandwich-Struktur gewünschte Eigenschaften wie z. B. mechanische Eigenschaften, Tack (Oberflächenklebrigkeit), Dämpfungseigenschaften (Schwingungsdämpfung), Wärmeleitfähigkeit (hohe oder niedrige), elektrische Leitfähigkeiten (hohe oder niedrige) und/oder flammschützende Eigenschaften zu vermitteln.
  • Bevorzugt umfasst das schäumbare Material im erfindungsgemäßen Halbzeug als polymerisierbare Komponente oder als teilpolymerisierte Komponente ((Pre-)Polymer) Polymere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Isocyanaten und Polyurethanen, Polyharnstoffen, Epoxiden und Epoxidharzen, Polyesterharzen, Naturharze, Acrylate, Alkydharze, Phenolharze, Aminoplaste, Vinylesterharze, Furanharze, ABS-Harze
  • Als bevorzugte Beispiele für das polymerisierbare Material als Bestandteil des schäumbaren Materials werden beispielsweise die Polymersysteme verwendet, die in der DE 10 2017 119 541 A1 offenbart sind.
  • Es ist im Rahmen der Erfindung möglich, dass die erfindungsgemäß einzusetzenden Deckschichten bereits über eine dreidimensionale Strukturierung verfügen. Hierbei kann es sich z. B. um durch Walzen, Prägen oder Laserstrukturierung erzeugte Kavitäten (Nebenformelemente) in einer Deckschicht handeln, wobei in diesen Fällen die Deckschicht bevorzugt aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Blech besteht.
  • In solchen Fällen ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass die entsprechende Kavität (gegebenenfalls auch lediglich Vertiefung) mit dem schäumbaren Material im erfindungsgemäßen Halbzeug vollständig aufgefüllt ist. Dabei wird der Fachmann die Geometrie der Nebenformelemente (Form, laterale Abmessung und Tiefe) und die Eigenschaften des erfindungsgemäß einzusetzenden schäumbaren Materials insbesondere in der Form, in der es aufgetragen wird (Dichte, Viskosität, Fließverhalten und so weiter) aufeinander anpassen. Dadurch wird vermieden, dass beim Umformprozess vom erfindungsgemäßen Halbzeug zur erfindungsgemäßen Schaum-Sandwich-Struktur (vergleiche weiter unten) noch nicht ausgehärtetes schäumbares Material (gegebenenfalls sogar vollständig) herausgepresst wird.
  • Weiter bevorzugt ist es, dass Oberflächenstrukturen, insbesondere laserinduzierte Oberflächenstrukturen, in wenigstens einer der beiden Deckschichten, bevorzugt in beiden Deckschichten vorhanden sind, die die mechanischen Eigenschaften der resultierenden Bauteile (Schaum-Sandwich-Strukturen) durch mechanische Verklammerung (Formschluss) verbessern.
  • Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Halbzeug, wobei die Schicht aus schäumbarem Material aus einer oder mehreren Unterschichten besteht, wobei die Unterschicht oder die Unterschichten zur Mitte des Halbzeuges hin eine geringere Schäumungstemperatur besitzen als die jeweils weiter außen liegenden Unterschicht oder Unterschichten.
  • Insbesondere wenn sehr dicke Schaumkerne angestrebt sind (bevorzugt ≥ 1 cm), ist die Benutzung aufeinander abgestimmter Schichten im schäumbaren Material bevorzugt. Dabei ist es insbesondere bevorzugt, dass die Schichtung im schäumbaren Material so eingestellt ist, dass Bereiche in der Nähe der Deckschichten später schäumen als solche im Inneren. So wird vermieden, dass die Wärmeleitung ins Innere des schäumbaren Materials durch bereits geschäumte, deckschichtnahe Bereiche unterbunden wird.
  • Teil der Erfindung ist auch eine Schaum-Sandwich-Struktur, hergestellt oder herstellbar aus einem erfindungsgemäßen Halbzeug.
  • Gleichfalls Teil der Erfindung ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen Halbzeuges zur Herstellung einer Schaum-Sandwich-Struktur.
  • Die erfindungsgemäße Verwendung des erfindungsgemäßen Halbzeuges führt zu den oben in der Aufgabenstellung gewünschten Vorteilen. Es ist möglich, in einem Schritt die erfindungsgemäße Schaum-Sandwich-Struktur aus dem erfindungsgemäßen Halbzeug herzustellen, indem Schäumung und Formung gleichzeitig oder kurz hintereinander bevorzugt in einem Formwerkzeug durchgeführt wird.
  • Teil der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Halbzeuges, umfassend die Schritte:
    1. a) Bereitstellen von Material für die erste Deckschicht und die zweite Deckschicht, bevorzugt wie weiter oben näher definiert,
    2. b) Bereitstellen von Material für die Schicht aus schäumbaren Material, bevorzugt wie weiter oben definiert und
    3. c) Zusammenfügen des Materials aus den Schritten a) und b) zu einem erfindungsgemäßen Halbzeug.
  • Durch dieses Verfahren wird das erfindungsgemäße Halbzeug hergestellt.
  • Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei das Zusammenfügen unter Auftragen in flüssiger oder fließfähiger Form und nachfolgendem Trocknen des in Schritt b) bereitgestellten Materials erfolgt.
  • „Auftragen“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt Aufsprühen, Rakeln, Walzenauftrag, Drucken und/oder Gießen, aber auch jeder alternative Auftrag in flüssiger oder fließfähiger Form.
  • Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass nach dem Auftragen, bevorzugt während des Trocknens die Temperatur auf die Erweichungstemperatur bis unterhalb der Schäumungstemperatur gebracht wird. Dadurch wird ein Verfilmen der Schicht aus schäumbaren Material gewährleistet. Dementsprechend ist auch ein erfindungsgemäßes Halbzeug bevorzugt, bei dem die Schicht aus schäumbaren Material verfilmt vorliegt, d.h. in Form eines zusammenhängenden Festkörpers.
  • Ein Auftragen im Sinne der Definition ermöglicht eine Vielzahl von effektiven Einsätzen, insbesondere z. B. in Maschinenstraßen.
  • Teil der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Herstellen einer Schaum-Sandwich-Struktur, umfassend die Schritte:
    1. a) Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Halbzeuges und
    2. b) Aufschäumen und Aushärten der Schicht aus schäumbarem Material.
  • Erfindungsgemäß wird das Schäumen und Aushärten des schäumbaren Materials durch eine Temperaturerhöhung, bevorzugt durch Wärmeleitung der Deckschichten, bevorzugt - bleche hervorgerufen. Bevorzugt wird beim Schäumen (und gegebenenfalls gleichzeitigem Umformen) eine Temperierung bzw. Temperatur (der Wärmeübertragungsfläche) gewählt, die gleich oder höher als die Schäumungstemperatur ist, jedoch in jedem Fall höher als die Härtungstemperatur und höher als die Erweichungstemperatur des schäumbaren Materials bzw. des Polymers im schäumbaren Material. Bevorzugt ist die Temperatur der Wärmeübertragungsfläche(n), unter der das Schäumen erfolgt, ≥ 5 K, weiter bevorzugt ≥ 10 K und weiter bevorzugt ≥ 20 K höher als die Schäumungstemperatur.
  • Dabei ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Schaum-Sandwich-Struktur in einem Formwerkzeug erfolgt. In diesem Fall wird der Fachmann darauf achten, dass die genannten Temperaturen über das Formwerkzeug eingestellt werden. Dementsprechend ist der Einsatz eines beheizten Umformwerkzeuges bevorzugt, es ist aber natürlich auch möglich, über einen externen Wärmeprozess indirekt (Wärmestrahlung) oder direkt (Induktion/Konduktion) den Erwärmungsprozess auch im Formwerkzeug zu bewirken.
  • Bevorzugt wird der Expansionsraum des Schaums durch das partielle Auffahren der Presse und/oder eines oder mehrere beteiligter Werkzeugaktivelemente begrenzt. Dabei kann eine Zusatzbewegung des Nebenformelements erfolgen, um eine zusätzliche Absperrung des Schaumbereiches zu bewirken.
  • Bevorzugt wird das Auffahren der Presse und/oder der Werkzeugaktivelemente mit der Expansionsgeschwindigkeit der Schäumungsreaktion korreliert.
  • Bevorzugt werden bei diesem beschriebenen Verfahren die umlaufenden Ränder der beiden Deckbleche in dem Umformwerkzeug so fixiert, dass sie ein Schäumen erlauben, aber das Schaumvolumen zur Seite hin durch geeignete Nebenformelemente, wie z. B. als Formsicken begrenzen.
  • Bevorzugt wird die Kontur bzw. Zielgeometrie des Halbzeuges durch Stanzen oder ein anderes Trennverfahren vor dem Umformprozess endkonturnah eingestellt. Alternativ bevorzugt kann die Schaum-Sandwich-Struktur nach dem Schäumprozess, bevorzugt mittels eines geeigneten Trennverfahrens, z. B. Laserschneiden, besäumt werden.
  • Der Fachmann korreliert die Werkzeugtemperatur, Auffahrgeschwindigkeit der Presse/Werkzeug und die Haltedauer mit der Reaktionstemperatur, der Expansionsgeschwindigkeit und Reaktionsgeschwindigkeit des schäumbaren Materials. Der Fachmann berücksichtigt hierbei ebenfalls die physikalischen Eigenschaften (Wärmekapazität, Wärmeleitung, Wärmeübergang/Deckschichtmaterial) des Deckschichtmaterials, um die richtige Aufheizgeschwindigkeit und Schäum- und Härtungstemperatur einzustellen.
  • Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei während Schritt b) gleichzeitig eine Formänderung mit einem maximalen Umformgrad φ zwischen von ≥ 2,5 × 10-4 und bis ≤ 0,35, bevorzugt zwischen von ≥ 1 × 10-2 und bis ≤ 0,35, weiter zwischen bevorzugt von ≥ 2 × 10-3 und bis ≤ 0,22 auftritt.
  • Dieser erfindungsgemäße bevorzugte Umformgrad eignet sich besonders gut für die erfindungsgemäßen Anwendungen und Verfahren.
  • Zur Bauteilanalyse und zur Bewertung von Umformprozessen kann der Fachmann im Zweifelsfall die maximal auftretende Dehnung und daraus den entsprechenden Umformgrad ermitteln. Im Idealfall sollte diesem hierfür die Umformhistorie des zu bewertenden Bauteils bekannt sein. Durch Nachahmung des Umformprozesses können dann entsprechende Rückschlüsse gezogen werden. Hierfür ist das Halbzeug im Ausgangszustand entsprechend vollflächig zu markieren (Muster). Mit Hilfe der optischen Dehnungsanalyse werden das Muster und speziell die darin enthaltenen Punkte vor, evtl. während und nach der Umformung aufgenommen und ins Verhältnis zueinander gesetzt.
  • Außerdem ist es möglich, den Umformprozess mit Hilfe der FE-Analyse numerisch abzubilden und die entsprechenden Größen auszuwerten. Das ist im Zweifelsfall die ausschlaggebende Bestimmungsmethode.
  • Alternativ kann beim Streckziehen und Kombinationen aus Tief- und Streckziehen die Ausgangsblechdicke (insofern diese bekannt ist oder abgeschätzt werden kann) zur am Bauteil minimal auftretenden Blechdicke ins Verhältnis gesetzt werden. Anhand der der maximalen Blechausdünnung ist es dem Fachmann in diesen Fällen möglich, entsprechend die maximal auftretende Dehnung und damit den maximalen Umformgrad abzuleiten.
  • Sofern das erfindungsgemäße Verfahren in einem Umformwerkzeug durchgeführt wird, sind die nachfolgenden Hinweise für den Fachmann hilfreich:
    • Bevorzugt ist das Umformwerkzeug durch aktiv temperierbare Aktivwerkzeugteile gekennzeichnet, welche die angestrebte Bauteil- bzw. Halbzeuggeometrie enthalten.
  • Es kann vorteilhaft sein, ein rasches abwechselndes Aufheizen und Abkühlen (Wechseltemperierung) der Aktivwerkzeuge zu ermöglichen, was mit dem Einsatz von entsprechenden Medien und einem geeigneten Kühl- und Heizkreislauf im Werkzeug realisiert werden kann. Weiterhin kann es sinnvoll sein, die Aktivwerkzeuge unterschiedlich zu temperieren, gerade dann, wenn die Deckschichten aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen und/oder unterschiedliche Dicken aufweisen.
  • Bevorzugt sind die Aktivwerkzeugteile in einem Grundwerkzeug montiert, welches beispielsweise mit Führungselementen, thermischen Isolatoren, Kraft- und Wegsensoren versehen sein kann.
  • Das Umformwerkzeug kann sinnvoll in Kombination mit einer Presse eingesetzt werden. Prinzipiell ist die Bauform bzw. Bauart des Pressengestells (C- oder O-Gestellform, Ein- und Doppelständerbauweise, Rahmenbauweise, Säulenbauweise, etc.) als hintergründig einzustufen, insofern die Baugröße, die Zugänglichkeit und die Steifigkeit der Presse (durch ein Auffedern bzw. elastische Verformung) nicht für den Umformprozess zu relevanten Einschränkungen führt.
  • Das Umformwerkzeug ist bevorzugt mit Trennmitteln oder Trennschichten beschichtet, um ein Auswerfen der Schaum-Sandwich-Struktur auch bei Austreten bzw. direktem Kontakt des Schaummaterials mit dem Umformwerkzeug oder Teilen davon sicher zu gewährleisten. Alternativ bevorzugt können Trennfolien wie PTFE-Folien, ETFE-Folien, PEEK-Folien, PEI-Folien, silikonisierte Folien, z.B. nach EP2956498 A1 oder Folien mit plasmapolymerer Beschichtung, z.B. nach DE102006018491 A1 zum Einsatz kommen.
  • Bevorzugt kann eine hydraulische Tiefziehpresse in verschiedenen Größen und Ausbaustufen, abhängig von der Bauteil- bzw. Halbzeuggeometrie, zum Einsatz kommen.
  • Dabei ist selbstverständlich, dass die eingesetzten Werkzeuge und die eingesetzte Presse die entscheidenden Prozessparameter wie Pressdruck, Haltezeit und Temperatur umsetzen können. Grundvoraussetzung ist es z. B., dass die gewählte Presse die entsprechend notwendigen Press- und Schließkräfte (und weitere Kraftkenngrößen), Verfahrgeschwindigkeit(en) (und weitere Zeitkenngrößen) und Hub (und weitere geometrische Kenngrößen) sowie die Energiekenngrößen und die Genauigkeitskenngrößen realisieren kann.
  • Das gezielt beeinflusste bzw. vorgegebene Aufschäumen im Werkzeug, unmittelbar nach dem Umformvorgang, kann durch eine Reglung, Steuerung oder anderweitig gezielte Begrenzung (beispielsweise fester oder vorgespannter Anschlag) realisiert werden. Die entsprechend notwendigen Vorkehrungen können in der Presse und/oder dem Werkzeug vorgesehen werden.
  • Bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung ist es, insbesondere bei Einsetzen von Formwerkzeugen, dass die Volumenzunahme des schäumbaren Materials 1:2,5 bis 5, bevorzugt 1:3,5 bis 4,5 und bevorzugt 1:4 beträgt.
  • Hinsichtlich hoher Produktionsraten ist eine kurze Verweilzeit des Umformgutes im Werkzeug sowie eine rasches Zu- und Abführen erstrebenswert. Aus diesem Gesichtspunkt heraus ist es nicht von Vorteil, den Schaum im Werkzeug auszuhärten, da das zur Senkung der Produktionsrate führt. Bei Bedarf ist eine Aushärtung des Schaummaterials im Werkzeug jedoch möglich. Bevorzugt wird hingegen, das Halbzeug bzw. die Schaum-Sandwich-Struktur nach der Umformung und dem abgeschlossenen Aufschäumprozess aus dem Werkzeug zu entnehmen. Voraussetzung ist die Entformbarkeit der fertigen Schaum-Sandwich-Struktur. Die finale Aushärtung des Schaummaterials erfolgt dann z. B. im Anschluss in einer externen Erwärmungsanlage.
  • Aus einer gesamtenergetischen Betrachtungsperspektive kann eine sinnvolle bzw. optimale Strategie zur Umsetzung der vorgestellten Prozesskette zur Herstellung von Schaum-Sandwich-Strukturen jedoch auch in der Aufteilung des Wärmebehandlungsschrittes „Aushärten“ liegen, indem dieser teilweise im Werkzeug (Erreichung der Entformbarkeit der Schaum-Sandwich-Struktur) und teilweise nachfolgend, z. B. in einer Erwärmungsanlage erfolgen kann.
  • Die Entnahme des Bauteils erfolgt vorzugsweise automatisiert, um reproduzierbare Bedingungen gewährleisten zu können. Hierfür kann die Schaum-Sandwich-Struktur, beispielsweise über Auswerfer, in eine entsprechende Position gebracht werden, um diese an definierten Aufnahmestellen aus dem Werkzeug entnehmen zu können. Über beispielsweise einen Doppelgreifer kann direkt im Anschluss das Werkzeug wieder mit einer Verbundplatine bestückt werden.
  • Das entnommene aufgeschäumte Bauteil wird z. B. im ausgehärteten Zustand vorzugsweise in eine Art Sammelvorrichtung übergeben, welche befüllt zur anschließenden Arbeitsfolge oder in ein Zwischenlager transportiert werden kann oder das entnommene aufgeschäumte Bauteil wird z. B. im noch nicht vollständig ausgehärteten Zustand vorzugsweise direkt in eine Erwärmungsanlage übergeben, in der dieses vollständig ausgehärtet wird. Im Anschluss wird die ausgehärtete Schaum-Sandwich-Struktur zur nachfolgenden Arbeitsfolge manipuliert oder in eine Art Sammelvorrichtung übergeben und in ein Zwischenlager transportiert.
  • Ein Problem beim erfindungsgemäßen Verfahren kann darin bestehen, dass das erfindungsgemäß einzusetzende schäumbare Material vor oder während des Schäumprozesses bei der Umformung wenigstens teilweise aus dem Zwischenbereich zwischen der ersten und der zweiten Deckschicht verdrängt wird. In diesen Fällen kann es sein, dass der gewünschte definierte Sandwich-Aufbau nicht zuverlässig eingestellt werden kann. Im Extremfall ist es sogar möglich, dass in manchen Bereichen bei hohen Umformungsgraden das schäumbare Material vollständig verdrängt wird.
  • Diese Problematik gilt auch für den Fall, dass das schäumbare Material weitestgehend getrocknet ist, da auch in diesem Fall nur eine begrenzte Druckfestigkeit vorliegt, die häufig unterhalb der Drücke während der Umformung liegt.
  • In einer erfindungsgemäß bevorzugten Variante ist es möglich, diese Problematik zu adressieren: Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass im erfindungsgemäßen Halbzeug im Bereich zwischen den beiden Deckschichten Abstandshalter vorgesehen sind, die wenigstens teilweise von dem schäumbaren Material umgeben sein können.
  • Bevorzugt sind diese Abstandshalter ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus metallischen Pinstrukturen, die gegebenenfalls an die Deckschicht(en) geschweißt sein können, ebenfalls gegebenenfalls verschweißte metallische Inserts, Glaskugeln und Nebenformelemente an einer oder beiden Deckschichten.
  • Nachfolgend wird die Erfindung durch Beispiele näher beschrieben:
  • Beispiel 1: Herstellung einer thermoplastisch verarbeitbaren duromeren Dispersion
  • Zu 100 Teilen Epoxidharzdispersion (EPI-REZ Resin 3522, Momentive, Feststoffgehalt 60 Gew.-%) wurden 10 Teile Polyurethandispersion (Dispercoll U42, Bayer, Feststoffgehalt 50 Gew.-%) zugegeben und 5 min lang bei Raumtemperatur im Planetenmixer bei konstanter Drehzahl von 3200 U/min gemischt. 3,7 Teile Dicyandiamid (Dyhard 100 SF, Alzchem) wurde in 20 Teilen destilliertem Wasser bei ca. 60 °C innerhalb von 5 min ebenfalls bei einer Drehzahl von 3200 U/min im Planetenmixer gelöst. 5 Teile des zusätzlich verwendeten Härtungsbeschleunigers (2-MAOK-PW, Shikoku) wurden nachträglich in die warme Dicyandiamidlösung eingerührt. Das abschließende Vermischen der Einzelkomponenten erfolgte durch fünfminütiges Mischen der Epoxidharz-Polyurethan Mischung und Vernetzer / Beschleuniger Mischung ebenfalls im Planetenmixer.
  • Nachfolgend erfolgte die Zugabe des Treibmittels Unicell MS140 (5 Gew%, Fa. Tramaco).
  • Beispiel 2: Herstellung einer thermoplastisch verarbeitbaren duromeren Dispersion mit erhöhtem Anteil nachwachsender Rohstoffe
  • Zu 100 Teilen Epoxidharzdispersion (EPI-REZ Resin 3522, Momentive, Feststoffgehalt 60 Gew.-%) wurden 10 Teile Polyurethandispersion (Bayhydrol eco 2884, Bayer) zugegeben und 5 min lang bei Raumtemperatur im Planetenmixer bei konstanter Drehzahl von 3200 U/min gemischt. 3,7 Teile Dicyandiamid (Dyhard 100 SF, Alzchem) wurde in 20 Teilen destilliertem Wasser bei ca. 60 °C innerhalb von 5 min ebenfalls bei einer Drehzahl von 3200 U/min im Planetenmixer gelöst. 5 Teile des zusätzlich verwendeten Härtungsbeschleunigers (2-MAOK-PW, Shikoku) wurden nachträglich in die warme Dicyandiamidlösung eingerührt. Das abschließende Vermischen der Einzelkomponenten erfolgte durch fünfminütiges Mischen der Epoxidharz-Polyurethan Mischung und Vernetzer / Beschleuniger Mischung ebenfalls im Planetenmixer.
  • Nachfolgend erfolgte die Zugabe des Treibmittels Unicell MS140 (5 Gew%, Fa. Tramaco) sowie die Zugabe von 5 Gew% Kraftlignin (Protobind 1000, Fa. Green Value, USA).
  • Beispiel 3: Herstellung eines Halbzeugs mit schäumbarer Materialschicht
  • Ein Blech eines Tiefziehstahls DX56 Z100 (25 cm x 25 cm), Dicke 0,5 mm wurde mit der Dispersion aus Beispiel 1 mittels Rakel (Filmdicke: 1000 µm) beschichtet. Es erfolgte eine Trocknung der Dispersion für 3 Stunden bei 50 % relativer Luftfeuchte und 25 °C. Die Schichtdicke der schäumbaren Materialschicht betrug 0,6mm ± 0,1 mm.
  • Das Blech wurde so gedreht, dass die schäumbare Materialschicht nach unten zeigte. Die Schicht fiel nicht ab und trennte sich nicht vom Blech.
  • Im nachfolgenden wurde das Blech über einen Zylinder mit einem Durchmesser von 80 cm gedrückt, so dass die schäumbare Materialschicht im Kontakt zum Zylinder stand. Nach Entlastung befand sich die schäumbare Materialschicht noch auf dem Blech. Das gleiche Ergebnis zeigte sich bei Zylindern mit Durchmesser 10cm und 7,5cm.
  • Weiterhin wurde das Blech über einen Zylinder mit einem Durchmesser von 30 cm gedrückt, so dass die schäumbare Materialschicht nach außen zeigte, also nicht im Kontakt zum Zylinder stand. Nach Entlastung befand sich die schäumbare Materialschicht noch auf dem Blech.
  • Beispiel 4: Herstellung eines Halbzeugs mit schäumbarer Materialschicht
  • Ein Blech eines Edelstahls1.4301 (25 cm x 25 cm), Dicke 0,5 mm wurde mit der Dispersion aus Beispiel 2 mittels Rakel (Filmdicke: 1000 µm) beschichtet. Es erfolgte eine Trocknung der Dispersion für 3 Stunden bei 50 % relativer Luftfeuchte und 25 °C. Die Schichtdicke der schäumbaren Materialschicht betrug 0,6mm ± 0,1 mm.
  • Das Blech wurde so gedreht, dass die schäumbare Materialschicht nach unten zeigte. Die Schicht fiel nicht ab und trennte sich nicht vom Blech.
  • Im nachfolgenden wurde das Blech über einen Zylinder mit einem Durchmesser von 80 cm gedrückt, so dass die schäumbare Materialschicht im Kontakt zum Zylinder stand. Nach Entlastung befand sich die schäumbare Materialschicht noch auf dem Blech. Das gleiche Ergebnis zeigte sich bei Zylindern mit Durchmesser 10cm und 7,5cm.
  • Weiterhin wurde das Blech über einen Zylinder mit einem Durchmesser von 30 cm gedrückt, so dass die schäumbare Materialschicht nach außen zeigte, also nicht im Kontakt zum Zylinder stand. Nach Entlastung befand sich die schäumbare Materialschicht noch auf dem Blech.
  • Beispiel 5: Herstellung eines 3D-geformten Sandwichs mit Tiefziehstahl
  • Aus dem Halbzeug des Beispiels 3 wurde mittels Laserschneiden eine Ronde mit einem Durchmesser von 200 mm ausgeschnitten. Diese Ronde wurde mit einer weiteren Ronde des Blechs Tiefziehstahl DX56 Z100, Dicke 0,5 mm mit gleichem Durchmesser belegt und in einem Umluftofen auf ca. 50 °C vortemperiert.
  • Zur Umformung wurde eine hydraulische Presse (CLDZ 250 der Fa. Maschinenfabrik Müller-Weingarten) verwendet, die eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Pressenkinematik, insbesondere der freie Programmierbarung der Stößelkurve und Hubhöhen sowie eine hohe Flexibilität und Regulierbarkeit des Geschwindigkeits- und Beschleunigungsverlaufes erlaubte. Notwendig sind die beschriebenen Presseneigenschaften aufgrund der Haltezeit im Werkzeugtotpunkt sowie weiterer Zustellschritte des Stößels (hier wurde das Schäumen realisiert), die zu einer individuellen Stößelkurve und mehreren anzufahrenden Hubhöhen führten.
  • Dem Rondenstapel wurden ober und unterseitig eine PTFE-Folie (Dicke 0,1mm, Durchmesser 250mm) als Trennfolie hinzugefügt. Dieser Stapel wurde im geöffneten Tiefziehwerkzeug auf den Blechhalter gelegt und zu Stempel und Matrize zentriert.
  • Der Stempel besteht aus einem Zylinder mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Halbkugel gleichen Durchmessers. Die Matrize hat eine Vertiefung in Form einer Halbkugel mit einem Durchmesser von 103,6 mm
  • Die Presse wurde geschlossen, wobei der Stempel mit einer Geschwindigkeit von 10 mm/s verfahren wurde. Die Temperaturen der beheizten Werkzeugaktivteile betrugen Blechhalter: 90° - 105 °C, Stempel: 105 - 125°C und Matrize: 80 bis 90°C.
  • Die aufgebrachte Gesamtumformkraft unterteilte sich in ca. 30 % Blechhaltekraft und ca. 70 % Umformkraft für Umformung inkl. der Reibungsverluste. Die Blechhaltekraft betrug dabei 500 kN. Der Stempel wurde weggesteuert und drang 35 mm in die Matrize ein. Dabei bestand thermischer Kontakt zwischen dem Rondenstapel und den beheizten Werkzeugaktivteilen.
  • Nach 5 s im geschlossenen Zustand wurde das Werkzeug partiell geöffnet. Unmittelbar darauf wurden in dem entstandenen Werkzeugspalt (zw. Matrize und Blechhalter) um den Rondenstapel ein Silikon-O-Ring mit einem Durchmesser von 200 mm und einer Dicke von 5mm zur Begrenzung des Schäumens und außerhalb des Rondenstapels passende Abstandshalter zur Einstellung der Zielschichtdicke eingelegt. Daraufhin wurde das Werkzeug erneut zugefahren, wobei ein Spalt (zw. Matrize und Blechhalter) mit einer Höhe von 4 mm (Zieldicke des geschäumten Materials) verblieb. Durch die Wärmeübertragung der Aktivwerkezeuge auf die umgeformte Sandwichverbundronde wurde das Schäumen initiiert. Dieser Zustand wurde über eine Dauer von 20 min gehalten. Dabei berührte das obere Deckblech durch das Aufschäumen die Matrize und baute so mit dieser einen flächigen Kontakt auf.
  • Anschließend wurde die Presse aufgefahren und das umgeformte sowie aufgeschäumte ca. 100 °C heiße Sandwichverbundteil bereits zum erheblichem Maße ausgehärtet entnommen und an der Luft abgekühlt. Das Werkzeug konnte danach neu bestückt und der Prozess wiederholt werden.
  • Die zerstörende Prüfung des Sandwichverbundbauteils nachdem vollständig ausgehärtet wurde durch schälende Beanspruchung ergab einen Kohäsionsbruch im geschäumten Material.
  • Beispiel 6:
  • Aus dem Halbzeug des Beispiels 4 wurde mittels Laserschneiden eine Ronde mit einem Durchmesser von 200 mm ausgeschnitten. Diese Ronde wurde mit einer weiteren Ronde des Blechs Edelstahls1.4301, Dicke 0,5 mm mit gleichem Durchmesser belegt und in einem Umluftofen auf ca. 50 °C vortemperiert.
  • Es wurde analog Beispiel 5 umgeformt, geschäumt und gehärtet.
  • Die zerstörende Prüfung dieses Sandwichverbundbauteils nachdem vollständig ausgehärtet wurde durch schälende Beanspruchung ergab ebenfalls einen Kohäsionsbruch im geschäumten Material.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 4104237 A1 [0003, 0004]
    • DE 102017119541 A1 [0037]
    • EP 2956498 A1 [0069]
    • DE 102006018491 A1 [0069]

Claims (15)

  1. Halbzeug, umfassend eine erste Deckschicht und eine zweite Deckschicht und zwischen der ersten und der zweiten Deckschicht eine Schicht aus schäumbarem Material, wobei - das schäumbare Material zu ≥ 50 Gew-% kohlenstoffhaltige Verbindungen umfasst, - das Schäumen des schäumbaren Materials durch Wärmeeinfluss erfolgen kann, - das schäumbare Material nach oder beim Schäumen aushärtbar ist und - das schäumbare Material nach Schäumen und Aushärten so fest an wenigstens einer der Deckschichten haftet, dass bei Trennung des Halbzeuges durch Zug senkrecht zu den Schichtgrenzen ein Kohäsionsbruch im geschäumten Material erfolgt.
  2. Halbzeug nach Anspruch 1, wobei die erste Deckschicht und/oder die zweite Deckschicht ein umformbares Material ist, aus gewählt aus der Gruppe bestehend aus Metall, Holz, Polymer, insbesondere aushärtbarem Polymer, faserverstärktem Kunststoff, Thermoplast, biogenem Kunststoff, Naturfaserlage, Papier und Pappe.
  3. Halbzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Halbzeug wickelbar ist.
  4. Halbzeug nach einem der vorrangehenden Ansprüche, wobei die Schicht aus schäumbaren Material bei 20 °C, bevorzugt bei 40 °C, besonders bevorzugt bei 60 °C fest ist.
  5. Halbzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schicht aus schäumbarem Material so zusammengesetzt ist, dass sie nach dem Aufschäumen und vor dem Aushärten als Thermoplast vorliegt und nach Aushärten ein Duromer bildet.
  6. Halbzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Treibmittel für den Schäumungsprozess ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Wasser, wasserabgebendem Füllstoff, CO2, CO2-abgebendem Füllstoff, N2, N2-abgebendem Füllstoff, O2, O2-abgebendem Füllstoff und expandierender Mikrokapsel.
  7. Halbzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schicht aus schäumbarem Material einen oder mehrere Füllstoffe umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Holzmehl, Holzspänen, Lignomasse, Getreide, Mais, Reis, Dinkel, Hirse, Gips, Carbonat, Eierschalenkalk, Kalk, Metallpulver; Ruß, Graphit, Graphen und Graphenoxid.
  8. Halbzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schicht aus schäumbarem Material aus einer oder mehreren Unterschichten besteht, wobei die Unterschicht oder die Unterschichten zur Mitte des Halbzeuges hin eine geringere Schäumungstemperatur besitzen als die jeweils weiter außen liegenden Unterschicht oder Unterschichten.
  9. Schaum-Sandwich-Struktur, hergestellt oder herstellbar aus einem Halbzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche.
  10. Verwendung eines Halbzeuges nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung einer Schaum-Sandwich-Struktur.
  11. Verfahren zum Herstellen eines Halbzeuges, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen von Material für die erste Deckschicht und die zweite Deckschicht, bevorzugt wie in einem der Ansprüche 2 oder 3 näher definiert, b) Bereitstellen von Material für die Schicht aus schäumbaren Material, bevorzugt wie in einem der Ansprüche 3 bis 8 näher definiert und c) Zusammenfügen des Materials aus den Schritten a) und b) zu einem Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Zusammenfügen unter Auftragen in flüssiger oder fließfähiger Form und nachfolgendem Trocknen des in Schritt b) bereitgestellten Materials erfolgt.
  13. Verfahren zum Herstellen einer Schaum-Sandwich-Struktur, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen eines Halbzeuges nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und b) Aufschäumen und Aushärten der Schicht aus schäumbaren Material.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei Schritt b) in einem Formwerkzeug erfolgt.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei während Schritt b) gleichzeitig eine Umformung mit einem maximalen Umformgrad φ von ≥ 2,5 × 10-4 bis ≤ 0,35, bevorzugt von ≥ 1 × 10-2 bis ≤ 0,35, weiter bevorzugt von ≥ 2 × 10-3 bis ≤ 0,22 auftritt.
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