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Isolierformkörper aus Kunstharzschaumstoff mit geschlossener Zellenstruktur
und Verfahren zu dessen Herstellung Von einem Kälteisolierstoff, wie z. B. Kunstharzschaumstoff,
für Kühl- und Gefrierräume u. dgl. wird neben einer niedrigen Wärmeleitzahl ein
günstiges Verhalten gegen Durchfeuchtung, d. h. gegen Aufnahme von flüssigem Wasser
und kondensierendem Wasserdampf, verlangt. Es gibt heute Kunstharzschaumstoffe,
z. B. aus Polystyrol, die im Vergleich zu dem seit Jahrzehnten als Standard geltenden
Korkstein neben einer etwa gleichen oder etwas niedrigeren Wärmeleitzahl ein geringeres
Wasseraufnahmevermögen nach dem Untertauchversuch und einen wesentlich höheren Diffusionswiderstand
gegen Wasserdampf besitzen.
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Eine möglichst geringe Durchfeuchtung des Isolierformkörpers spielt
deshalb eine entscheidende Rolle, weil das Isoliervermögen sich entsprechend dem
Wassergehalt verschlechtert, z. B. bei zelligen Isolierstoffen, wie Kork und Kunstharzschaumstoffen,
um etwa 6 Volumprozent.
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Der Diffusionswiderstand eines Isolierstoffes wird durch den D iffusionswiderstandsfaktor
ausgedrückt, der aussagt, um wievielmal höher der Diffusionswiderstand eines Isolierstoffes
ist als der einer gleich dicken Luftschicht. Ist z. B. ,u.=5, 5, so bedeutet das,
daß unter gleichen äußeren Bedingungen durch den Stoff ein Fünftel derjenigen Dampfmenge
diffundiert, die durch eine gleich dicke ruhende Luftschicht hindurchgehen würde.
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Man ging bisher von der Annahme aus, daß Isolierstoffe für Kälteisolierungen
um so geeigneter sind, je kleiner die Wärmeleitzahl und je größer ihr Diffusionswiderstand
ist. Im Idealzustand glaubte man bei einem genügend hohen Diffusionswiderstand des
Isolierstoffes auf eine Sperrschicht verzichten zu können, die man in der Regel
auf der warmen Seite der Kälteschutzschicht anordnete, um die Isolierung trocken
zu halten. Solche Wasserdampfsperrschichten wurden in der Regel aus Bitumenschichten,
Kunststoff- oder Metallfolien hergestellt.
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Ein anderer in der Praxis beschrittener Weg bestand darin, daß man
Isolierstoffe mit einem zu geringen Diffusionswiderstandsfaktor in wasserdampfundurchlässige
Folien einhüllte oder allseitig mit einer Bitumenschicht überzog, obwohl für Isolierformkörper
aus Kunstharzschaumstoffen mit offenzelliger Struktur bereits vorgeschlagen worden
war, die ein- und aufgelagerten Folien zu durchlöchern, damit die Wasserdampfdiffusion
nicht behindert werde.
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Bei Isolierformkörpern aus Kunstharzschaumstoffen mit geschlossener
Zellenstruktur, also mit einem sehr hohen Diffusionswiderstandsfaktor, z. B. Polystyrolschaumstoff,
hat sich gezeigt, daß zwar dem Eindringen des Wasserdampfes ein höherer Widerstand
entgegengesetzt wird, daß aber auch der Austritt des Wasserdampfes in Richtung des
Temperaturgefälles gehemmt wird. Dies bedeutet, daß ein solches Material selbst
bei Fortlassung einer dichten Innenverkleidung nur bei Temperaturen auf der kalten
Seite bis etwa 0° C eingesetzt werden kann und bei tieferen Temperaturen die Isolierschicht
zu einem wesentlichen Prozentsatz durchfeuchtet wird.
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Es wurde nun gefunden, daß man die Wärmeleitzahlverschlechterung,
die durch die Wasseraufnahme bedingt ist, dadurch vermeiden kann, daß man Isolierformkörper
aus Kunstharzschaumstoff mit geschlossener Zellenstruktur z. B. in Form von Platten
verwendet, die in an sich bei Kunstharzschaumstoffen mit offenzelliger Struktur
bekannter Weise untereinander in Verbindung stehende, kapillare Hohlräume oder feine
Kanäle enthalten, den Isolierformkörpern einen Wasserdampfdiffusionswiderstand verleihen,
der kleiner ist als der Wasserdampfdiffusionswiderstand der geschlossenen Elementarzellen
des Kunstharzschaumstoffes.
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Der Volumenanteil der kapillaren Hohlräume bzw. feinen Kanäle, der
abhängig ist von den Einbau- und Betriebsverhältnissen, soll vorzugsweise zwischen
5 und 30°/o des Gesamtvolumens des Isolierformkörpers betragen.
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Der volumenmäßige Anteil der kapillaren Hohlräume oder Kanäle sowie
ihre Ausbildung bestimmen den Diffusionswiderstand des Isolierformkörpers. Beispielsweise
ist unter gleichen Verhältnissen ein solcher mit einem Diffusionswiderstand von
, = 120 für Kälteisolierungen bis zu Temperaturen von 20 C, ein solcher von M =
14 bis zu - 130 C und mit jt = 5
bis zu Temperaturen von - 200 C
und darunter geeignet. Isoierformkörper von vorerwähntem Diffusionswiderstand zeigen
bis zu den angegebenen Temperaturen keine Durchfeuchtung. Die kapillaren Hohlräume
bzw. feinen Kanäle sind vorzugsweise über den Querschnitt des Körpers derart ungleich
verteilt angeordnet, daß sie ihm in Richtung des Temperaturgefälles einen sich verringernden
Wasserdampfdiffusionswiderstand verleihen, der kleiner ist als der Wasserdampfdiffusionswiderstand
der Elementarzellen.
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Der Isolierformkörper kann aus Schichten mit unterschiedlichem Wasserdampfdiffusionswiderstand
der kapillaren Hohlräume gebildet sein, die entweder im Wege stufenweiser Aufschäumung
homogen miteinander oder z. B. durch mechanische Aufkaschierung untereinander verbunden
sind.
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Zur stufenweisen Aufschäumung eignen sich insbesondere Schaumstoffe
aus Polyester und Diisocyanaten (Moltopren). Durch Änderung der Mischungsverhäl
nisse von Polyester und Diisocyanaten oder durch Änderung des Wasserzusatzes, der
Temperatur usw. können die einzelnen Schichten, die sich untereinander homogen verbinden,
mit verschiedenem Diffusionswiderstand zu einem homogenen Isolierkörper aufgebaut
werden.
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Nach diesen neuen Erkenntnissen ist also keineswegs ein Kunstharzschaumstoff
mit geschlossener Zellenstruktur, also mit hohem Diffusionswiderstandsfaktor, das
Ideale, wie man bisher geglaubt hat. Andererseits ist aber auch ein Kunstharzschaumstoff
mit offenzelliger Struktur, also niedrigem Diffusionswiderstandsfaktor, nicht gemeinhin
zu bevorzugen; soweit ist die bisherige Anschauung richtig. Wesentlich ist, daß
der erfindungsgemäße Isolierformkörper kleine, abgeschlossene Elementarzellen mit
hohem Diffusionswiderstandsfaktor enthält und daß dazwischen Transportkapillaren
mit kleinem Diffusionswiderstandsfaktor angeordnet sind. Wenn auf eine derartige
Isolierschicht Wasserdampf einwirkt und durch einen Temperaturunterschied ein Dampfdruckgefälle
erzeugt wird, kann zwar der Wasserdampf durch den Isolierformkörper selbst hindurchdiffundieren,
aber nicht die geschlossenen Elementarzellen, auf denen in erster Linie die Isolierwirkung
beruht, durchfeuchten. Das günstige Wärmeleitzahlvermögen, d. h. die ursprünglich
niedrige Wärmeleitzahl, bleibt also auch bei Feuchtigkeitsdurchgang erhalten.
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Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Isolierformkörper können praktisch
alle natürlichen oder synthetischen Harze Verwendung finden, die sich in Schaumstoffe
mit vorwiegend geschlossenen Zellen überführen lassen. Geeignet hierzu sind Kondensationsharze,
l?henol-Carbamid-Formaldehyd-Earze sowie ihre modifizierten Abkömmlinge, ferner
Polymerisationsharze, wie PolystyroL und seine Derivate, Polyvinylchlorid und Mischpolymerisate
des Polyvinylchlorids mit anderen Äthylenderivaten, Acrylsäureester und Derivate,
Zelluloseester oder -äther sowie die Polyadditionsprodukte aus Polyester und Isocyanaten,
ferner härtbare Eponharze sowie natürliche und synthetische Kautschuke.
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Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Isolierformkörpers wird
vorteilhaft von Kunstharz in Granulat- oder Perlform von l bis 20 mm Durchmesser
ausgegangen. Seine Behandlung zur Erzeugung des Ixunstharzschaumstoftes beispielsweise
die unter werfung der Ausgangsmasse bezüglich Druck- und Wärme entsprechend der
verwendeten Bindemittel kann je nach Verwendunbszweck des fertiger Körpers
so lange
fortgesetzt bzw. in dem Augenblick abgebrochen werden, wenn der jeweils gewünschte,
praktisch wirksame Gesamtdiffusionswiderstandsfaktor des fertigen Isolierformkörpers
bevorzugt in den Grenzen von u = 5 bis t = 20 erreicht ist.
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Bei der Herstellung des Isolierformkörpers kann man auch so vorgehen,
daß man z. B. PVC-Granulate in eine geschlossene Form bringt und durch äußere Temperatureinwirkung
oder im Hochfrequenzfeld homogen verschweißt, gegebenenfalls unter Anwendung von
Druck, bis das gewünschte Kapillarvolumen erreicht wird.
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Eine andere Art der Verschweißung der Kunstharzschaumkörper kann
dadurch erfolgen, daß man z. B.
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Acetatschaumstoffkörper in eine Form mit einem Lösungsmittelgemisch
aus Wasser, Aceton und Alkohol behandelt. Hierbei findet eine oberflächliche Anlösung
oder Quellung der Körner statt. Nach der Trocknung erhält man einen kapillaren Formkörper.
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Die Verschweißung der Kunstharzschaumkörner zu Formkörpern kann auch
so erfolgen, daß man z. B. von thermoplastischen Schaumstoffkörnern ausgeht, die
noch Treibmittel enthalten und die man durch Einwirkung von Temperatur in einer
geschlossenen Form nur so weit auftreibt und verschweißt, bis das gewünschte Porenvolumen
erreicht ist.
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Eine weitere Möglichkeit, einen Isolierformkörper gemäß der Erfindung
herzustellen, besteht darin, die in üblicher Weise erzeugten Isolierformkörper aus
Kunstharzschaumstoff mit geschlossener Zellenstruktur nachträglich mit Hilfe mechanischer
Maßnahmen, z. B. mechanischer Behandlung des Isolierformkörpers mittels Werkzeugen,
wie Bohrer oder Nadeln, mit Kapillaren zu versehen, die vorteilhaft konisch gestaltet
sein können.
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In der Zeichnung sind in starker Vergrößerung zwei beispielsweiseAusschnifte
aus Isolierformkörpern aus Kunstharzschaumstoff gemäß der Erfindung dargestellt.
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Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem »gemischten« Schaum; Fig.
2 zeigt einen Ausschnitt aus einem »unechten« Schaum mit nachträglich mechanisch
hergestellter Kapillare.
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Der »gemischte« Schaum nach Fig. 1 entsteht dadurch, daß von T}eibmittel-Granulatkörnern
ausgegangen wird, die bei hoher Temperatur plasfisch werden und vorwiegend zu einem
»unechten« Schaumgranulat (mit geschlossener Zellenstruktur) auftreiben, dessen
einzelne Zellen durch massive Wände verbunden sind. Diese »unechten« Schaumgranalien
werden durch einen gewünscht geringen Anteil »echten« Schaumes (mit offenzelliger
Struktur) zu einem »gemischten« Schaum verbunden. Dieser Schaum besteht also aus
»unechten« Schaumgranalien mit sehr vielen durch massive Wände verbundenen Einzelzellen
von hohem Diffusionswiderstand, die wegen ihrer geschlossenen Zellenstruktur keine
Feuchtigkeit aufnehmen, sowie aus einem vorherbestimmten Volumenanteil kapillare
Hohl raume zwischen diesen Schaumgranalien, die dem Formkörper selbst einen niedrigen
Gesamtdiffusionswiderstand verleihen.
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Dieselbe gewünschte Wirkung kann erzielt werden, wenn gemäß Fig.
2 ein >urlechter« Schaum mit hohem 13i,ffusimsvriderstand nachträglich mit Kapillaren
versehen wird. Auch dann erhält der Forrrkorper einen niedrigeren Gesamtdiffusionswiderstandsfaktor,
wobei für den Hauptanteil der Zellen ein hoher Diffusionswiderstandsfaktor erhalten
Weise. Eine Wasseraufnahme der geschlossenen Zellen wird somit vermieden.