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Verfahren zur Herstellung von mehrlagigen, versteiften Faserschjchtstoffen
Gegenstand der Erfindung ist ein neuer Werkstoff, der besonders für die Möbelindustrie
geeignet ist, und zwar ein versteifter Faserschichtstoff, der beispielsweise das
tragende Gerippe von Stühlen oder Sofas hilden kann.
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Die Herstellung von Möbeln, besonders Polstersesseln und Sofas, umfaßt
gewöhnlich eine größere Anzahl von Arbeitsstufen. So wird beispielsweise ein Polstersessel
auf einem Holzgerippe aufgebaut, zu dessen Herstellung eine Anzahl von Holzarbeiten
erforderlich sind. Die verschiedenen Teile, aus denen die Armlehnen, die Rückenlehne
und der Sitz aufgebaut werden, werden zu den gewünschten Formen ausgesägt, gefeilt,
geschliffen, verleimt und verschraubt.
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Darauf folgt das Aufnageln des Sattelgurts sowie die Befestigung der
Federn, Polsterung und des Überzugs.
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Die Herstellung solcher Möbel ist natürlich verhältnismäßig unwirtschaftlich,
vor allem wegen der vielen rein handwerksmäßigen Arbeiten.
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Die modernen Kunststoffe bieten der Möbelindustrie neue Werkstoffe
mit vielen Verwendungsmöglichkeiten. Beispielsweise wird Schaumkunststoff mehr und
mehr als Polsterungsmaterial verwendet, und zwar wegen seiner hygienischen Vorteile
und seiner Beständi,gkeit gegen Feuchtigkeit und Schimmelbil dung sowie seiner Formfestigkeit.
Einfachere Stühle werden nunmehr serienmäßig aus härtenden Kunststoffen gepreßt
und sind leichter, stärker und in der Regel ansprechender als Holzstühle in der
gleichen Preislage.
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Mit dem neuen Werkstoff, dessen Herstellung Gegenstand der Erfindung
ist, lassen sich Möbelgerippe beträchtlich einfacher und wirtschaftlicher herstellen
als bisher. Der neue Werkstoff ist außerdem unempfludlich gegen Feuchtigkeit und
Schimmelbildung und hat trotz seines geringen Gewichtes hervorragende Festigkeitseigenschaften.
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Das vorliegende Verfahren wird dadurch gekennzeichnet, daß eine zur
Bildung der Verstärkungsschicht dienende Schicht aus eine-m anorganischen oder organischen
Fasermaterial mit einem verdickten, bei Raumtemperatur pastenförmigen, katalysierten
Ge misch aus ungesättigten Polyestern und daran anpolymerisierbaren monomeren Verbindungen
in der Weise bestrichen wird, daß die Fasern ganz in der Paste eingebettet werden,
darauf beiderseits eine mit der gleichen Paste, jedoch nur oberflächlich und einseitig
bestrichene pflanzliche Faser- oder Filzschicht, die drei Schichten mit den bestrichenen
Seiten zugekehrt, aufgelegt werden und daß das geschichtete Gebilde in einer Form
gepreßt und das Bindemittel unter Zufuhr von Wärme ausgehärtet wird.
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Erfindungsgemäß besteht die Verstärkungs- oder Kernschicht vorzugsweise
aus Glasfasern, was her-
stellungsmäßig sehr günstig ist und außerordentlich gute
Festigkeitseigenschaften zuläßt. Im Rahmen der Erfindung lassen sich jedoch andere
Fasern verwenden, beispielsweise synthetische Fasern, wie Polyamidfasern.
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Das verstärkende Fasermaterial der Kernschicht kann eine dünne, aus
mehr oder weniger ungeordneten Fasern bestehende Matte oder auch ein Gewebe, z.
B. ein einfaches Gewebe, bilden.
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Die die Kernschicht umgebenden Faserschichten bestehen vorzugsweise
aus einem Filz aus pflanzlichen oder synthetischen Fasern. Besonders günstig hat
sich ein Filz aus Jutefasern im Verein mit einer Kernschicht aus von der Polyesterharzmasse
umschlossenen Glasfasern erwiesen.
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Daß die Fasern im Harz »eingebettet« sind, bedeutet in diesem Zusammenhang,
daß sämtliche Lufträume zwischen den einzelnen Fasern mit dem Harz ausgefüllt sind.
Daß die Fasern »imprägniert« sind, bedeutet dagegen, daß die Faser- oder Filzschicht
vor dem Aushärten so viel Kunststoff aus der Kernschicht aufgesogen hat, daß zwar
einzelne Fasern mit einer dünnen Harzschicht überzogen sind, die Faserschicht aber
dennoch ihre poröse Struktur behält. Der fertige Stoff enthält alle Übergangsformen
zwischen der massiven Struktur mit im Harz- ganz eingebetteten Fasern in der Kernschicht
und nahe derselben sowie den äußersten Fasern, die vom Harz überhaupt nicht berührt
worden
sind. Durch geeignete Zusammensetzung der Polyesterharzmasse läßt sich der Imprägnierungsgrad,
d. h. das Eindringen des noch nicht auspolymerisierten Gemisches, wunschgemäß regeln.
Die Zusammensetzung des Schichtstoffes aus einer harten, steifen Kernschicht und
je einer porösen Außenschicht zu beiden Seiten der Kernschicht ergibt eine Reihe
von Vorteilen. Die Kernschicht verleiht dem Stoff die erforderliche Stabilität,
ist aber an sich nicht zu hart, so daß sie sich als Halt für die Stifte oder Klammern
eignet, mit denen die Polsterung und das Unterzeug befestigt werden. Dagegen bildet
die poröse und imprägnierte Außenschicht einen außerordentlich guten Halt zum Nageln.
Außerdem hat es sich gezeigt, daß die die harte Kernschicht umgebenden Faserschichten
dem zusammengesetzten Werkstoff wesentlich verhesserte Festigkeitseigenschaften
verleihen, vor allem weil die Biegfestigkeit bedeutend höher wird als diejenige
der Kernschicht allein.
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Die Zusammensetzung der beim Verfahren verwendeten Polyesterharzmasse
ist von großer Bedeutung für die Erzielung eines einwandfreien Ergebnisses.
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Ein bloßes Gemisch aus ungesättilgtem Polyester und Monomeren mit
einem Katalysator wäre allzu dünnflüssig und hätte zur Folge, daß das Gemisch nach
dem Eindringen in die Verstärkungsschicht, Bestreichen der porösen Schichten und
nach Aufeinanderlegen der Schichten nicht in der Kernschicht und den angrenzenden
Teilen der Außenschichten venbIeiben würde, sondern in nicht erwünschter Weise abrinnen
oder nach außen fließen würde, ehe die Härtung einsetzt Um dies zu vermeiden, wird
das Gemisch durch Zusatz eines Füllstoffs in solcher Menge verdickt, daß es bei
normaler Raumtemperatur eine pastenförmige oder gelartige Konsistenz erhält. Als
Füllstoff eignet sich in erster Linie kolloidale Kieselsäure, vorzugsweise ein hochaktives
Kieselsäureaerogel, das außerordentlich günstige verstärkende Eigenschaften gegenüber
der Polyesterharzmasse hat. Das bei Raumtemperatur pastenförmige Harzgemisch, das
mit dem angegebenen Füllmittel verdickt und in erforderlicher Menge mit einem Härtungskatalysator
versetzt wird, weist bei mäßigem Erwärmen bis zu etwa 400 C eine gewisse Fließbarkeit
auf, und- zwar je nach der Art und Menge des Füllstoffs, was zur Folge hat, daß
das in der mittleren Schicht des Schichtstoffs befindliche Kunstharz nach außen
zu den Außenschichten hin wandert, bis die Härtungstemperatur erreicht ist, wobei
ein rasches Auspolymerisieren bei starker Temperaturerhöhung, z. B. bis zu 1500
C und mehr, eintritt. Die mit aktivem Kieselsäureaerogel verdickte Harzmasse dringt
außerdem nicht in die Fasern ein, sondern setzt sich um die Fasern herum fest und
legt sich wie eine Haut über die Poren. Die Fasern behalten daher zum größten Teil
ihre Elastizität bei, was für den fertigen Faserschichtstoff sehr günstig ist.
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Die Form zum Formen und Aushärten des Schichtstoffs ist vorzugsweise
zweiteilig und so ausgebildet, daß der Faserstoff zusammengedrückt wird, so daß
das Endprodukt eine geringere Dicke erhält als die Gesamtdicke der aufeinandergelegten
Schichten. Die zum Aushärten des Kunststoffs erforderliche Wärme wird zweckmäßig
von außen der Form zugeführt, und zwar aus noch anzugebenden Gründen lediglich von
der einen Formhälfte. Infolge der niedrigen Wärmeleitzahl des faserigen Filzstoffs
pflanzt sich die Wärme nur langsam von der beheizten Form in Richtung zur stark
mit der Harzmasse durchtränkten Mittelschicht fort. Es wurde beispielsweise gefunden,
daß beim Formen und Aushärten eines Erzeugnisses, das in un-
gepreßtem Zustand eine
Gesamtdicke von etwa 13 mm hat und aus einer etwa 1 mm dicken Kernschicht aus dem
mit dem Harzgemisch eingetränkten Glasfaserstoff und zwei etwa 6 mm dicken Filzschichtent
aus futefasern besteht, und beim Pressen auf eine Gesamtdicke von etwa 9 mm etwa
30 Sekunden erforderlich sind, bis die Harzmasse in der Kernschicht die Temperatur
von etwa 400 C erhält, bei der die Polymerisationsreaktion eintritt, unter der Voraussetzung,
daß das Formwerkzeug beim Einlegen des Schichtstoffs eine Temperatur von etwa 1200
C hat. Die Filzauf lagen stellen somit einen für den erfinderischen Zweck günstigen
verzögernden Faktor für die Erwärmung dar, so daß das Auspolymerisieren nicht schlagartig
erfolgt und das pastenförmige Kunststoffgemisch wegen der schon von vornherein mäßigen
Erwärmungsgeschwindigkeit so fließt, daß es während der kurzen, bis zur Gelbildung
zur Verfügung stehenden Zeit nach außen in die am nächsten liegenden, die Kernschicht
umgebenden Faserschichtteile wandern kann. Nach Erreichen der Reaktionstemperatur
(etwa 400 C) erfolgt die Polymerisation rasch unter starker Temperaturerhöhung bis
zu 1500 C oder mehr.
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Wird beim Pressen und Härten des Schichtstoffs Wärme nur von einer
Formhälfte her zugeführt, die somit zweckmäßig eine Temperatur von etwa 1200 C hat,
während die andere Formhälfte Raumtemperatur (etwa 10 bis 200 C) hat, so erfolgt
das Aushärten des der beheizten Formhälfte am nächsten liegenden Kunststoffgemisches
natürlich schneller, während das von der Wärmequelle weiter entfernt liegende Kunststoffgemisch
mehr Zeit hat, zur kalten Formhälfte hin zu wandern. Die Imprägnierungsmasse verteilt
sich dabei nicht gleichmäßilg von der Kernschicht, sondern stärker nach der kalten
Formhälfte. Das Endprodukt erhält dadurch eine poröse Struktur auf -der Seite, welche
sich beim Warmpressen in der beheizten Formhälfte befand, während die andere Seite
eine dichtere und festere Struktur aufweist.
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Obwohl das Verfahren hauptsächlich im Zusammenhang mit- def Herstellung
von Möbeln beschrieben wurde, haben die Verfahrensprodukte viele andere Anwendungsmöglichkeiten
und eignen sich beispielsweise als Bauelemente, Einrichtungsgegenstände für Boote
oder zur Isolation von Rohrleitungen.
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Im Gegensatz zu bekannten Schichtkörpern sind die Außenschichten
des Faserschichtstoffs gemäß der Erfindung nicht durch Bindemittel getränkt. Der
fertig hergestellte Mehrschichtstoff ist dadurch gekennzeichnet, daß das Polyesterharz
um die Mittelschicht herum konzentriert ist und die beiden Außenschichten nicht
vollständig durchtränkt sind. Hierdurch können z. B.
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Polster und Überzüge durch Leimen sowie Annageln angebracht werden.
Auf diese Weise kann man beispielsweise einen Stuhlsitz durch nur zwei Arbeitsgänge
herstellen, während bei den bekannten Verfahren eine Mehrzahl von Arbeitsgängen
erforderlich sind.
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Beispiel Ein Lager von Jutefasern wird in eine zweiteilige Form gebracht
und eine dickflüssige Schicht der gebräuchlichen Polyesterharzmasse aufgebracht.
Auf diese Schicht wird dann ein Lager von Glasfasergewebe gebracht, auf das eine
dritte Lage von Jutefasern kommt, die auf einer Seite mit der Polyesterharzmasse
bestrichen worden ist und mit dieser harzbestrichenen Seite an dem Glasfasergewebe
anliegt.
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Es wird dann die zweite Formhälfte festgespannt. Die Form wird mit
elektrischen Widerstandselementen
erhitzt. Nach etwa 5 Minuten ist
das Harz gehärtet, und der fertige Gegenstand kann herausgenommen werden.
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PATENTANSPROCHE: 1. Verfahren zur Herstellung von mehrlagigen, versteiften
Faserschichtstoffen auf der Grundlage von polyestergebundenen Schichtstoffen, dadurch
gekennzeichnet, daß eine zur Bildung der Verstärkungs- oder Kernschicht dienende
Schicht aus einem anorganischen und organischen Fasermaterial mit einem verdickten,
bei Raumtemperatur pastenförmigen, katalysierten Gemisch aus ungesättigten Polyestern
und daran anpolymerisierbaren monomeren ungesättigten Verbindungen in der Weise
bestrichen wird, daß die Fasern ganz in der Paste eingebettet werden, darauf beiderseits
eine mit der gleichen Paste, jedoch nur oberfläch-
lich und einseitig bestrichene
pflanzliche Faser-oder Filzschicht, die drei Schichten mit den bestrichenen Seiten
einander zugekehrt, aufgelegt wird und daß das geschichtete Gebilde in einer Form
gepreßt und das Bindemittel unter Zufuhr von Wärme ausgehärtet wird.