DE10332765A1

DE10332765A1 - Stoffelement

Info

Publication number: DE10332765A1
Application number: DE10332765A
Authority: DE
Inventors: Remmer Mammen
Original assignee: LEEWOOD ELASTOMER GmbH
Current assignee: LEEWOOD ELASTOMER GmbH
Priority date: 2003-07-17
Filing date: 2003-07-17
Publication date: 2005-02-17

Abstract

Ein insbesondere für Zwecke des vorbeugenden Brandschutzes konzipiertes flächenhaftes Stoffelement (1) ist durch einen schichtenartigen Aufbau gekennzeichnet und besteht beispielsweise aus einem, aus einem Silikon-Schaumwerkstoff ausgebildeten Kernteil (2), welches ober- und unterseitig mit Lagen (3, 4) aus einem Aramid-Gewebe in dauerhafter Verbindung steht. Aufgrund der werkstofflichen Beschaffenheit ist das Stoffelement als unbrennbar anzusehen und es werden auch unter hohen Temperaturen keine toxischen Zersetzungsprodukte freigesetzt. Es zeichnet sich durch eine hohe Reiß- und Abriebfestigkeit aus und kann besonders wirtschaftlich dadurch hergestellt werden, dass der Schäumungsprozess des Grundwerkstoffs des Kernteils in dem Zwischenraum zwischen den Lagen (3, 4) durchgeführt wird, so dass die Formgebung des Kernteils und dessen Verbindung mit den Lagen in einem einheitlichen Arbeitsschritt erfolgen. Diese Verbindung beruht auf einer Verklebung der miteinander in Berührung gelangenden Oberflächen der Lagen und auf einer teilweisen Einbindung der Gewebefäden der Lagen in den Werkstoff des Kernteils (2).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Stoffelement entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Entsprechend den durch den Verwendungszweck geforderten vielfältigen Eigenschaften sind diese Stoffelemente häufig als Verbundwerkstoffe konzipiert. Verbundwerkstoffe, die u. a. eine spezielle Konfektionierung mit Hinblick auf Belange des vorbeugenden Brandschutzes, der Schall- und/oder der Wärmedämmung, ihrer Oberflächeneigenschaften usw erfahren haben, sind im beispielsweise im Hochbau, jedoch auch im Fahrzeugbau in vielfältiger Form bekannt und gebräuchlich.
Sie kommen in wickelfähiger, als Endlosware vorliegender Form, jedoch als relativ biegesteife, formstabile Platten zum Einsatz, die beispielweise jeweils nach Zuschneidung in geeigneter Weise mit einem Trägerbauteil zu verbinden ist. Zu diesen Eigenschaften treten weitere wie z. B. Festigkeit, Verarbeitbarkeit, Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen wie z. B. wechselnde Temperaturen usw. hinzu. Schließlich sind als Kriterium für die Eignung eines Verbundwerkstoffs für einen gegebenen Einsatzzweck auch dessen Herstellungskosten anzusehen.

Häufig weisen diese Verbundwerkstoffe einen sandwichartigen Aufbau auf und sind durch stofflich und strukturell unterscheidbare, aufeinander folgende Schichten gekennzeichnet. So ist beispielsweise aus der JP 10205026 A ein Plattenelement bekannt, dessen aus einem Isocyanatschaum bestehender Kern beidseitig in metallische Schichten eingefasst ist. Das Plattenelement ist im Randbereich zur Herstellung eines Formschlusses mit benachbarten Plattenelementen ausgebildet. Von ihrem grundsätzlichen schichtenartigen Aufbau ähnliche Plattenelemente sind auch aus den Fundstellen JP 10082122 A und JP 05077348 A bekannt. Die Aussenseiten dieser Platten bestehen jeweils aus Metall, z. B. einer zinkhaltigen Eisenlegierung oder auch Aluminium, wobei der Kernbereich aus einem Schaumwerkstoff auf der Basis von Phenolharzen, Polyisocyanat und dergleichen besteht, denen anorganische Zuschlagstoffe geringer Dichte beigefügt sein können. Zwischen dem Werkstoff des Kernbereichs und den metallischen Schichten befindet sich regelmäßig eine Klebstoffschicht.

Die Herstellung dieser bekannten Plattenelemente ist üblicherweise derart angelegt, dass der Kernbereich sowie die diesen bedeckenden metallischen Schichten zunächst getrennt voneinander hergestellt and anschließend miteinander verklebt werden.

Die Brandwiderstandsfähigkeit sowie das Brandverhalten dieser bekannten Bauelemente werden im wesentlichen durch die äußeren metallischen Schichten bestimmt. Es geht jedoch auch von dem Schaumwerkstoff des Kernteils insoweit ein Einfluss aus, als dieser entsprechend seiner konkreten stofflichen Beschaffenheit unter hohen Temperaturen unter Umständen gasförmige toxische Zersetzungsprodukte, z. B. Schwelgase freisetzen kann.

Es ist vor diesem Hintergrund die Aufgabe der Erfindung, ein aus einem Verbundwerkstoff bestehendes Stoffelement der eingangs bezeichneten Gattung zu konzipieren, das bei guten Verarbeitungseigenschaften, hoher mechanischer Belastbarkeit und ausreichender Flammfestigkeit auch wirtschaftlich herstellbar ist. Gelöst ist diese Aufgabe bei einem solchen Verbundwerkstoff durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1.

Erfindungswesentlich ist hiernach, dass zusätzlich zu der genannten wenigstens einen Lage auch das Kernteil aus einem unbrennbaren Werkstoff, hier einem Schaumwerkstoff besteht, der auch im Brandfall bzw. unter hohen Temperaturen keine toxischen Zersetzungsprodukte freisetzt. Das Stoffelement besteht in der einfachsten Form aus einem, aus einem Schaumwerkstoff bestehenden Kernteil und einer dessen wenigstens eine Seite überdeckenden Lage, mit der es in geeigneter Weise dauerhaft verbunden ist. Das Kernteil kann jedoch gleichermaßen auch auf weiteren Seiten mit einer Lage überzogen sein. Schließlich ist auch eine beliebige Schichtenfolge von aus einem Schaumwerkstoff bestehenden Schichten und Lagen bzw. Zwischenlagen möglich. Gemeinsam ist allen Ausführungsformen lediglich dass sowohl bei den Lagen als auch den Schaumstoffschichten lediglich unbrennbare Werkstoffe Verwendung finden. Die Dichte des Schaumwerkstoffs kann in weiten Grenzen variiert werden, beispielsweise in Abhängigkeit von der gewünschten Steifigkeit des Stoffelements, jedoch auch dessen Wärme- und Schalldämmeigenschaften, dessen elastischen Eigenschaften usw. In jedem Fall steht in dem Stoffelement ein Material zur Verfügung, welches neben einer Dichtungsfunktion insbesondere Funktionen eines vorbeugenden Brandschutzes übernehmen kann, und zwar sowohl allgemein im Bauwesen als auch im Fahrzeugbau.

Die Merkmale der Ansprüche 2 bis 5 sind auf die stoffliche und strukturelle Ausgestaltung der Schichten des Stoffelements gerichtet. Durch die Verwendung von Silikon als zu schäumender Grundwerkstoff bei dem wenigstens einen Kernteil ist für diese Schicht eine ausreichende Brandsicherheit, insbesondere Durchbrennsicherheit gegeben. Auch ist auf diese Weise sichergestellt, dass von dem Kernteil auch bei hohen Temperaturen keine toxisch wirkenden, beispielsweise gasförmigen Zersetzungsprodukte freigesetzt werden. Die genannte Lage wird durch ein Gewebe gebildet, welches stofflich mit der Maßgabe gewählt ist, dass neben der Unbrennbarkeit Oberflächeneigenschaften wie z. B. eine Verklebbarkeit mit dem Schaumwerkstoff des angrenzenden Kernteils gegeben sind. Von der Lage geht nach Maßgabe deren Festigkeitseigenschaften die Funktion einer Armierung des Grundwerkstoffs des angrenzenden Kernteils aus. Diese Festigkeitswirkung tritt insbesondere bei Verwendung von hochfestem Aramid bei dem Gewebe auf. Hinzutritt ein hohes Maß an Abriebfestigkeit im Bereich der freien Oberfläche. Die Erfindung ist jedoch nicht auf den Einsatz von Aramidgeweben beschränkt und es können nach Maßgabe des konkreten Verwendungszwecks des Stoffelements auch andere Gewebe eingesetzt werden.

Die Verbindung zwischen dem Kernteil einerseits und dem Gewebe andererseits kann im einfachsten Fall auf einer unmittelbaren Verklebung dieser beiden Komponenten beruhen, wobei von dem Umstand Gebrauch gemacht wird, dass der Grundwerkstoff des Kernteils zumindest während eines Schäumungsprozesses selbst klebefähig und zur Ausübung einer Klebefunktion geeignet ist. Eine Verbindung kann somit hergestellt werden, ohne dass ein zusätzlicher Klebstoff eingesetzt wird. Die Merkmale des Anspruchs 6 verdeutlichen, dass von dem Gewebe im Oberflächenbereich des Kernteils eine Armierungsfunktion ausgeübt wird. Auf diese Weise ist auch der Verbund zwischen dem Werkstoff des Kernteils einerseits und der angrenzenden Lage besonders zuverlässig, da eine Klebewirkung zwischen den genannten Komponenten zusätzlich formschlüssig unterstützt wird. Dies wiederum erhöht die Reißfestigkeit sowie die Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Ausbreitung von Rissen.

Die Merkmale der Ansprüche 7 und 8 sind auf hinsichtlich der Biegesteifigkeit unterschiedliche mögliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Stoffelements gerichtet. Hiernach kann dieses eine planenartige, wickelfähige Form aufweisen, so dass die Dichte des Schaumwerkstoffs, die Anzahl sowie die absolute Dicke der Schichten mit dieser Maßgabe eingestellt sind. Insbesondere in Verbindung mit der werkstofflichen Beschaffenheit des Gewebes führt dies zu einem hochfesten, äußerst flexiblen, zur Aufnahme von hohen Scherkräften geeigneten Material, welches auch Faltenbildung bei Eckenstauchungen ermöglicht und demzufolge beispielsweise entlang räumlich nahezu beliebig gekrümmter Flächen verlegbar, bzw. montierbar ist. Es ist auch problemlos innerhalb von Rahmen mit 90°-Ecken fügbar. Alternativ zu dieser wickelfähigen Form einer Endlosware kann das Stoffelement auch in der Form von mehr oder weniger biegesteifen einzelnen Platten vorliegen. Unterschiedliche Steifigkeiten können ausgehend von der Dichte des Schaumwerkstoffs sowie der Dicke und/oder Anzahl der Schichten bzw. Lagen des Stoffelements eingestellt werden. Zwischen der wickelfähigen Form einerseits und der steifen plattenförmigen Form andererseits sind entsprechend dem Bestimmungszweck des Stoffelements beliebige Zwischenzustände möglich. Dieser Bestimmungszweck kann darin bestehen, dass das Stoffelement zum Beschichten von Bauelementen benutzt wird. Es kann jedoch gleichermaßen auch selbständig allgemein als Plane, als räumliches Bauteil, als Gehäuse, als Faltenbalg usw gestaltet sein.

Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Stoffelements zu konzipieren, welches einfach und insbesondere wirtschaftlich durchführbar ist. Gelöst ist diese Aufgabe bei einem solchen Stoffelement durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 9.

Erfindungswesentlich ist hiernach, dass die Arbeitsvorgänge der Herstellung des wenigstens einen Kernteils sowie dessen dauerhafter Verbindung mit der wenigstens einen Lage dadurch zusammengefasst sind, dass die durch Schäumung bewirkte Expansion des Grundwerkstoffs des Kernteils in einem Raum erfolgt, dessen wenigstens eine Wandung durch den Werkstoff einer Lage gebildet ist. Ein ausschließlich auf die Herstellung eines Kernteils gerichteter Arbeitschritt entfällt somit. Praktisch gleichzeitig mit der Formgebung des Kernteils findet dessen Anbindung an die wenigstens eine Lage statt, so dass ein separater Klebevorgang entfällt. Hierbei wird von der Klebefähigkeit des in einem Schäumungsprozess expandierenden Grundwerkstoffs des Kernteils Gebrauch gemacht. Gegenüber dem eingangs dargelegten Stand der Technik ist somit eine wirtschaftlichere Herstellung möglich.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10 sind die kennzeichnenden Parameter des Gewebes und des Schäumungsprozesses mit der Maßgabe gewählt, dass das Gewebe zumindest teilweise im Oberflächenbereich des Kernteils in dessen Substanz eingebunden ist. Das Gewebe erfährt auf diese Weise nicht nur eine besonders zuverlässige Verbindung mit dem Werkstoff des Kernteils sondern hat innerhalb des Kernteils zumindest teilweise auch die Wirkung einer Armierung.

Die Merkmale des Anspruchs 11 bringen den Vorteil mit sich, dass das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren praktisch als kontinuierlicher bzw. quasikontinuierlicher Prozess angelegt sein kann, so dass die Vorraussetzung für eine rationelle Fertigung gegeben ist.

Die Merkmale des Anspruchs 12 sind auf eine besonders vorteilhafte werkstoffliche Zusammenstellung gerichtet, mit der das Verfahren durchführbar ist. Die Verwendung anderer Werkstoffe mit zumindest vergleichbaren Eigenschaften hinsichtlich Brand- bzw. Temperaturverhalten, Festigkeit und Verarbeitbarkeit wird jedoch nicht ausgeschlossen.

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft durch die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffs in teilweiser Schnittdarstellung;
2 eine perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffs in teilweiser Schnittdarstellung.
Mit 1 ist in 1 ein planenartiges, wickelfähiges Stoffelement bezeichnet, welches global aus einer zentralen, aus einem Schaumstoff bestehenden Kernteil 2 besteht, welches ober- und unterseitig mit einer aus einem Gewebe bestehenden Lagen 3, 4 begrenzt wird. Die Dickenverhältnisse des Kernteils 2 sowie der, freie Oberflächen bildenden Lagen 3, 4 kann in weiten Grenzen schwanken – regelmäßig wird jedoch die Dicke des Kernteils wesentlich größer ausfallen als diejenige der Lagen.
Das Kernteil 2 besteht aus geschäumtem Silikon (Polyorganosiloxan) und zeichnet sich somit durch eine hohe Temperatur- und Witterungsbeständigkeit aus. Dieser Werkstoff ist aufgrund seiner anorganischen Grundkette als unbrennbar anzusehen, wobei über die organischen Seitenketten Elastizität gegeben ist.
Das Gewebe der Lagen 3, 4 besteht aus Aramid, somit einem Werkstoff, der sich durch hohe thermische und chemische Beständigkeit, Formbeständigkeit, Festigkeit, Elastizität und insbesondere Flammfestigkeit auszeichnet. Nach Maßgabe des Bestimmungszwecks des Stoffelements können jedoch auch andere Gewebe verwendet werden.
Ein solches Stoffelement ist beispielsweise dazu bestimmt, als Feuerschutzplane eingesetzt zu werden, indem es eine Fläche oder auch einen Raum, die/der sich auf einer Seite der Plane befindet, vor einer Brandbeeinflussung schützt.
Das Stoffelement 5 gemäß 2 unterscheidet sich von demjenigen gemäß 1 lediglich darin, dass ein aus Silikonschaum bestehendes Kernteil 6 lediglich einseitig mit einer, aus einem Gewebe bestehenden Lage 7 überzogen ist. Das Gewebe kann wiederum aus Aramid bestehen.
Die Stoffelemente 1, 5 können in flächiger Form als wickelfähige Endlosware hergestellt sein, so dass nach Maßgabe der Dicke des Kernteils die Rohdichte und damit die Elastizität des Schaumwerkstoffs entsprechend konditioniert sind. Grundsätzlich können die Stoffelemente 1, 5 jedoch auch als plattenartige, biegesteife Bauelemente hergestellt werden, so dass in diesem Fall der Schaumwerkstoff nach Art eines Hartschaumes eingestellt ist.
In vorteilhafter Weise findet die Herstellung dieser Stoffelemente 1, 5 derart statt, dass in einem kontinuierlichen bzw. quasikontinuierlichen Prozess der Silikongrundwerkstoff der Kernteile 1, 5 in einem solchen Raum einem Schäumverfahren unterzogen wird, dessen wenigstens eine Wandung durch das eine Lage 3, 4, 7 bildende, gegenüber dem Expansionsdruck des Schaumwerkstoffs gestützte Gewebe ist. Es ist das Gewebe bezüglich seiner Fadendichte mit der Maßgabe eingerichtet, dass der während des Schäumungsverfahrens expandierende Schaumwerkstoff in die Zwischenräume der Fäden des Gewebes eindringen und diese somit wenigstens teilweise einbinden kann. Zu einem Klebeeffekt zwischen den Fäden des Gewebes einerseits und dem Werkstoff des Kernteils 2, 6 andererseits tritt somit ein Formschluss hinzu, so dass sich eine besonders zuverlässige Bindung des Gewebes und des Kernteils einstellt. Zur Expansion des Silikongrundwerkstoffs kann jedes chemische oder physikalische Treibverfahren angewandt werden, die dem Fachmann jedoch bekannt sind, so dass hierauf im Folgenden nicht näher eingegangen werden wird.
In jedem Fall steht erfindungsgemäß ein wirtschaftlich herstellbares, hochfestes, beispielsweise für Zwecke des vorbeugenden Brandschutzes bestimmtes Stoffelement zur Verfügung, welches äußerst flexibel ausgebildet werden kann, welches darüber hinaus günstige Weiterverarbeitungseigenschaften aufweist.

Claims

Flächiges, schichtenartig zusammengesetztes Stoffelement (1, 5), bestehend aus wenigstens einem, aus einem Schaumwerkstoff hergestellten Kernteil (2, 6), dessen wenigstens eine Seite mit einer Lage (3, 4, 7) eines, zur Bildung einer freien Oberfläche des Stoffelements bestimmten, unbrennbaren Werkstoffs überzogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumwerkstoff des Kernteils aus einem im wesentlichen unbrennbaren und im Brandfall keine toxisch wirksamen Zersetzungsprodukte freisetzenden Werkstoff ausgebildet ist.
Stoffelement (1, 5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumwerkstoff aus einem geschäumten Silikon besteht.
Stoffelement (1, 5) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Lage (3, 4, 7) durch ein Gewebe gebildet ist.
Stoffelement (1, 5) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des Gewebes mit dem Werkstoff des Kernteils verklebbar ist.
Stoffelement (1, 5) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage bzw. das Gewebe aus Aramid bestehen.
Stoffelement (1, 5) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe zumindest teilweise in den Werkstoff des Kernteils (2, 6) eingebunden ist.
Stoffelement (1, 5) nach einem der vorrangegangenen Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte des Schaumwerkstoffs mit Hinblick auf die Bereitstellung eines plattenartigen, biegesteifen Stoffelements hin eingerichtet ist.
Stoffelement (1, 5) nach einem der vorrangegangenen Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Dichte des Schaumwerkstoffs mit Hinblick auf die Bereitstellung eines planenartigen, wickelfähigen Stoffelements hin eingerichtet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Stoffelementes (1, 5) nach einem der vorrangegangenen Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein, zumindest einseitig durch den Werkstoff einer der Lagen (3, 4, 7) begrenzter, das Volumen des wenigstens einen Kernteils (2, 6) definierender Raum gebildet wird, dass der Grundwerkstoff des Kernteils (1, 7) mit einem Treibmittel in diesen Raum eingebracht und einem Schäumungsprozess unterzogen wird, so dass das Kernteil gebildet wird und sich zumindest durch Verklebung mit der wenigstens einen Lage verbindet.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der wenigstens einen Lage ein Gewebe verwendet wird, dass die Fadendichte und die Parameter des Schäumungsprozesses mit der Maßgabe gewählt werden, dass der expandierende Schaumwerkstoff die Fäden des Gewebes zumindest teilweise einbindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff der wenigstens einen Lage in wickelfähiger Form verwendet wird und dass zur Erzielung eines wickelfähigen Ausgangsproduktes der Schäumungsprozess als kontinuierlicher Prozess durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorrangegangenen Ansprüche 10 oder 11, dass ein Gewebe aus unbrennbaren Werkstoff, insbesondere Aramid und als zu schäumender Grundwerkstoff des Kernteils (2, 6) ein ebenfalls unbrennbarer Werkstoff, insbesondere Silikon verwendet werden.