DE1544816C3

DE1544816C3 - Elastischer Kunstbetonlaminat großer Druck- und Biegefestigkeit

Info

Publication number: DE1544816C3
Application number: DE1544816A
Authority: DE
Inventors: Kurt 6831 Plankstadt Schneider; Ludwig Dr. 6900 Heidelberg Wesch
Original assignee: Manufacture de Machines du Haut Rhin SA MANURHIN
Current assignee: Manufacture de Machines du Haut Rhin SA MANURHIN
Priority date: 1963-09-02
Filing date: 1963-09-02
Publication date: 1975-08-14
Also published as: DE1459703B2; DE1459703A1; DE1544816A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elastisches Kunststofflaminat großer Druck- und Biegefestigkeit, wie Bauplatte, Rohr od. dgl., bestehend aus einer aus aushärtbarem Kunstharz und Faserverstärkungen entstandenen Trägerschicht und einer mit dieser verbundenen äußeren, Kunstharz und Zusatzmaterialien enthaltenden Deckschicht mit eingebetteter flächiger Verstärkung.

Laminate bzw. Schicbtstoffe können eben, beispielsweise als Platte, oder gebogen bzw. gekrümmt, beispielsweise als Rohr, ausgebildet sein. Sie bestehen aus mehreren Schichten, die fest miteinander verbunden sind, so daß das Laminat eine Baueinheit darstellt.

Ein elastisches Kunststofflaminat der eingangs genannten Art ist bereits bekannt (DT-AS 10 77 426). Dabei besteht die Trägerschicht aus Polyesterharz und einem Faserstoffgewebe und die Deckschicht aus Epoxydharz mit geringen Anteilen von z. B. etwa 3 % pulverisierten Füllstoffen, wie kolloidalem Siliciumdioxid oder Kreide, als Zusatzmaterialien, um den Schrumpf derselben an den Schrumpf der Polyester-Trägerschicht anzupassen, da beide Schichten gemeinsam ausgehärtet werden. Die Kosten dafür sind sehr hoch.

Ferner ist ein Verbundbauteil bekannt (DT-Gbm 18 02 154), bei dem eine Deckschicht mit einer geschäumten Polystyrol- oder geschäumten PVC-Schicht verbunden ist und die Deckschicht neben Kunstharz körnige Zusatzmaterialien, wie Sand, Kies, Schlacke u. dgl., sowie faser- oder gewebeförmige Zusatzmaterialien aus Textilien, Glas, Metall u. dgl. aufweist. Hierfür und auch als Ersatz für üblichen Zementbeton ist es auch bekannt (Kunststoffe 1961, S. 400 bis 403), Kunstharzbeton unter Verwendung von 10 bis 15% mit Polyamidharzen gehärteten Epoxydharz als Bindemittel und 85 bis 95 % Zuschlagstoffen, wie Quarzsand und Quarzkies einer Körnung zwischen 0,1 und 2 mm, zu verwenden. Bei der Herstellung von Verbundbauelementen, die vor allem erheblichen dynamischen Belastungen ausgesetzt werden, bleiben jedoch viele Wünsche offen, insbesondere wenn es sich im Unterschied zu Schaumstoffen u. dgl. um glatte Grenzflächen zwischen den Einzelschichten handelt.

Zur ästhetischen Veredelung der Oberflächen von Trägerschichten von anderen bekannten Kunststoffelementen ist es auch bekannt (DT-PS 8 93 404), kunstharzgetränkte Papiere auf die Trägerschicht aufzupressen, um beispielsweise eine Holzmaserung vorzutäuschen. Auch andere Trägerschichten, wie Kunststeine, Schichtstoffe, Holz, Sperrholz, Schichtholz, Tischlerplatten, Hartplatten od. dgl. können mit solchen kunsthaVzimprägnierten Papieren überzogen werden, wobei als Kunstharz für die Deckschicht Phenol-, Harnstoff-, Thioharnstoff-, Melamin-, Cyanamid-, Dicyandiamidharze oder Harze aus Estern zweibasischer Säuren mit ungesättigten Alkoholen, wie Diallylphthalat, verwendet werden. Obwohl sich derartige Kunststoffalminate gut als Wandteile eignen, sind sie keinen starken Beanspruchungen insbesondere dynamischer Art aussetzbar. Abgesehen davon, läßt auch die Witterungsbeständigkeit solcher Kunststofflaminate zu wünschen übrig.

Darüber hinaus ist es bereits bekannt, (GB-PS 8 46 868) Betonböden,, d. h. im wesentlichen starre, gegossene Baukörper, mit Spachtelmassen zu überziehen, die als Fußbodenbelag oder Straßenmarkierungen dienen. Die Spachtelmasse weist neben Füllstoffen, wie feinstem Quarzmehl, Kaolin, feinem Holz- oder Asbestmehl, Farbpigmenten u. dgl., Polyesterharze in einem Mischungsverhältnis von 1:1 bis 2:1 zwischen Harz und Füllstoff auf. Dabei hat sich jedoch gezeigt, daß keine gute Haftfestigkeit zwischen dem Betonboden und der Spachtelmasse nach deren Aushärten zustande kommt und sich der Fußbodenbelag bzw. die Straßenmarkierung, insbesondere bei starker Beanspruchung, zumindest stellenweise wieder vom Boden löst. Sofern der Betonboden untergründiger Feuchtigkeit ausgesetzt ist, ist diese Gefahr noch größer, so daß der Betonboden zunächst mit schwach sauren, wäßrigen Lösungen bespritzt und nach der Trocknung zuerst mit einer dünnen porenfüllenden Polyesterharzschicht ohne Füllstoffzusätze beschichtet wird, ehe nach der Gelierung dieser Zwischenschicht die eigentliche Spachtelmasse aufgetragen wird. Die Delamisierungsgefahr wird dadurch jedoch insbesondere dann nicht beseitigt, wenn der Betonboden dynamischen Beanspruchungen ausgesetzt ist.

Ähnliche Probleme sind bei einem bereits bekannten Kunststeinprodukt (DT-Gbm 17 55 372) anzutreffen, bei dem die Oberfläche des aus zerkleinerten Steinen, die nach verschiedenen Korngrößen von Steinkies bis

Steinpulver klassiert sind, und einem Kunstharzkleber hergestellten Erzeugnisses nach dem Erhärten abgeschliffen ist.

Ferner ist es bekannt, Tafeln aus Kunststoff mit Verstärkungen in Form von Glasfasern und gespannten Fäden herzustellen und dabei als Kunstharz Epoxyd- oder Polyesterharze mit Beschleunigern und Katalysatoren zu verwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elastisches Kunststofflaminat zu schaffen, das sich trotz günstiger Elastizität durch hohe Druck- und Biegefestigkeit auszeichnet und das mit geringen Herstellungskosten herstellbar und für viele Anwendungszwecke geeignet ist. Es soll auch hohen dynamischen Belastungen sowie den Witterungseinflüssen aussetzbar sein und sich durch lange Lebensdauer sowie Delaminierungsfestigkeit — auch unter derart extremen Beanspruchungen — auszeichnen.

Die Erfindung besteht darin, daß die Deckschicht einer Dicke zwischen 2 bis 20 mm als Zusatzmaterialien Zuschlagstoffe, Quarzsand und Kies einer Körnung bis 2 mm mit einem Gewichtsverhältnis von ) etwa 6:1 in bezug auf die übrigen Bestandteile, als Verstärkung Netze und als Kunstharz ein durch Polyaddition aus hydroxylgruppenhaltigen Polyestern und/oder Polyäthern und Isocyanaten entstandenes Produkt aufweist und daß als aushärtbares Kunstharz für die Trägerschicht Polyesterharz, Epoxyd- oder Butadienmischpolymerisatharz verwendet ist.

Es steht nur die Gesamtkombination des Anspruchs 1 unter Schutz.

Es hat sich auf Grund eingehender Untersuchungen gezeigt, daß das erfindungsgemäße Kunststofflaminat mit den in Kombination verwendeten Teilmerkmalen des Anspruchkennzeichens, bei dem die Deckschicht als Kunstharzbeton oder kurz als Kunstbeton bezeichnet werden kann, trotz eines sehr großen Anteils an wohlfeilen Zuschlagstoffen — im Gegensatz zu üblichem Beton — nicht nur hervorragende elastische Eigenschaften aufweist, sondern auch genügend delaminierungsfest ist, auch wenn beide Schichten nicht durch eine Zwischenschicht, sondern unmittelbar miteinander verbunden sind. Hierbei ist es keineswegs j erforderlich, daß beide Schichten gleichzeitig aushärten, was vielfach zu konstruktiven Schwierigkeiten führt. Das bedeutet, daß das Problem der Herstellung von Gegenständen aus Kunstbeton als grundsätzlich gelöst anzusehen ist.

Das erfindungsgemäße Kunststofflaminat widersteht hohen Punkt- und Flächenbelastungen und ist sehr ausdehnungsfest und witterungsbeständig. Seine Oberfläche kann sehr rutschfest ausgebildet sein, was insbesondere bei Kunstbeton-Bauplatten, die begangen werden, sehr wichtig ist. Die große Haftfestigkeit der Einzelschichten aneinander" vermeidet ein Aufspleißen des Laminats nicht nur bei den durch unterschiedliche Erwärmung auftretenden Spannungen, sondern auch bei großen Belastungen, die bei ebenen oder gekrümm-Bauplatten, Rohren oder dergleichen Gegenständen auftreten.

Durch die Anwendung eines in weiten Grenzen variablen Polyadditionssystems aus insbesondere Polyäthern und Isocyanaten, insbesondere im Gemisch mit weiteren hydroxylgruppenhaltigen Verbindungen, wie· Glyzerin, für die Kunstbetonschicht ist es gelungen, ähnliche elastische Eigenschaften wie für die Trägerschicht zu erzielen. Darüber hinaus zeichnet sich die Kunstbeton-Deckschicht durch so hohe Festigkeit aus, daß sie sogar die Festigkeit von Eisen-Portlandzement übertrifft. Diese Festigkeit wird noch dadurch gesteigert, daß den Zuschlagstoffen ein Silan hinzugefügt wird. Dieses Silan soll mit Restspuren von Wasser oder OH-gruppenhaltigen Radikalen an den Zuschlagstoffen reagieren und so eine Brücke zwischen den organischen Kunststoffen und den anorganischen Zuschlagstoffen herstellen. Dadurch entsteht eine sehr innige Verbindung zwischen diesen Stoffen. Als Silan eignet sich insbesondere Vinyl-tri-(2-methoxy-äthoxy)-silan, das in Anteilen von etwa 0,05 bis 5 % zugegeben wird.

Als Zuschlagstoffe dienen insbesondere Kies und Quarz und als Füllstoffe Aluminiumoxyd, Eisenoxyd, Schwerspat, Titandioxyd mit oder ohne Farbstoffe.

Zur Regelung des Wassergehalts, der bei dem System mit Isocyanat besonders störend wirkt, ist es zweckmäßig, stark trocknende Partikeln in das Gemisch einzuführen, ehe die Polyaddition stattfindet. Zu diesem Zweck eignen sich vor allem aktive Alkalialuminiumsilikate, insbesondere Natriumaluminiumsilikat.

Für die Faserverstärkungen der Trägerschicht werden zweckmäßigerweise Fasern oder Fäden aus Glas, Asbest oder Metall und/oder organischen Substanzen verwendet.

Wird zwischen die Deckschicht und die Trägerschicht eine Zwischenschicht eingefügt, um die Haftfestigkeit zwischen beiden Schichten noch weiter zu verbessern, dann ist es zweckmäßig, diese aus einem Kunststoff auf Polyurethanbasis oder unter Verwendung von Epoxydharz aufzubauen. Auch feinmaschige Netze aus Metall-, Glas- oder organischen Fäden eignen sich vorzüglich zu diesem Zweck. Die Festigkeit der Deckschicht kann auch dadurch verbessert werden, daß in diese ein feinmaschiges Netz der obenerwähnten Fäden eingelegt wird.

In der Zeichnung sind Beispiele, und zwar Bauplatten, des erfindungsgemäßen Kunststofflaminats schematisch im Schnitt dargestellt.

Gemäß F i g. 1 besteht die Kunstbeton-Bauplatte aus einer Trägerschicht 10- ■ mit glasfaserverstärktem Material, das als Gewebe oder Matte oder in Form von Glasschnitzeln in Polyester-, Epoxyd- und/oder Butadienmischpolymerisatharz eingebettet ist. Butadienmischpolymerisate sind bekanntlich aus Butadien und polymerisierbaren Zusätzen, wie z. B. Vinylverbindungen, hergestellte Produkte. Als Vinylverbindung eignet sich vor allem Styrol und Acrylnitril.

Die oben angegebenen Harze können kalt gehärtet werden oder zwecks Erreichung sehr hoher Festigkeit warm verpreßt werden. Dabei werden Glasfasergehalte von insbesondere etwa 50 bis 75 % verwendet.

Auf der Trägerschicht 10 befindet sich die Deckschicht 11 aus Kunstbeton, die neben dem Kunstharz die Zuschlagstoffe aufweist. Für die Bildung des Kunstharzes können auch noch andere hydroxylgruppenhaltige Verbindungen, wie Rizinusöl, geblasenes Rizinusöl, umgeesterte Triglyceride, Glycerin, Veresterungsprodukte von Fettsäuren mit Polyolen, epoxydierte Öle, modifizierte Epoxydverbindungen, als Komponenten verwendet werden. Gut geeignet sind Toluylendiisocyanat und/oder Diphenylmethan-4,4-diisocyanat. Als Zuschlagstoff dienen vor allem Quarzsand einer Körnung bis zu 2 mm, Kies einer Körnung von 1 bis 2 mm.

Gemäß F i g. 2 besteht das Kunststoff laminat aus einer Trägerschicht 12, einer Zwischenschicht 13 und einer Deckschicht 14. Die Zwischenschicht 13 besteht

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aus einem Kleber auf Polyurethan- oder auf Epoxyd- durch Rizinusöl ersetzt wird, und zwar muß hierbei

basis mit bekannten reaktiven Polyaminoamiden und Ig Polyester mit 11,5% OH-Gehalt durch 3 g Rizinus-

Polyaminoimidazolinen. Beide Kleber geben die Mög- öl ausgetauscht werden. Weiterhin läßt sich das Ver-

lichkeit, die verschiedenartige Ausdehnung zwischen hältnis der Mischung B zur Mischung A von 1: 1 bis

der Trägerschicht 12 und der Deckschicht 14 auszu- 5 1: 24 variieren.

gleichen, wenn diese extremen Beanspruchungen aus- Es ist ohne weiteres möglich, die Mischung C und

gesetzt sind. Die letztgenannten Schichten entsprechen die wie folgt zusammengesetzte Mischung F über-

den in Fig. 1 dargestellten Schichtzusammen- einanderzulegen, um weitere und härtere Anteile mit

Setzungen. großer Festigkeit zu gewinnen. Da die höchsten

Gemäß F i g. 3 besteht die Kunstbeton-Bauplatte io Festigkeiten mit der Mischung C erreicht werden und

aus einer Trägerschicht 15 entsprechend der Träger- die Mischung E leicht feuchtigkeitsempfindlich ist,

schicht 10 gemäß F i g. 1, einer Zwischenschicht 16, erweist es sich als günstig, immer die Mischungen C

deren Zusammensetzung der Zwischenschicht 13 ge- über die Mischungen E zu legen,

maß Fig. 2 entspricht, und einer Deckschicht 17 . ,

entsprechend der Deckschicht 11 gemäß Fig. 1. In 15 Mischung D:

die Zwischenschicht 16 sind eine oder mehrere Lagen wie Mischung A,

aus Netzen feinmaschigen Stahl-, Bronzedrahts-, Glas-, ..

fäden und/oder organischen Fäden eingebettet. Mischung b:

Die Kunstbeton-Bauplatte gemäß F i g. 4 entspricht 1 Teil eines Imidazoline enthaltenden Polyamid-

der in F i g. 3 dargestellten Bauplatte mit dem Unter- 20 harzes,

schied, daß auch in der Deckschicht 20 entsprechende 2 Teile Epoxydharz.

Verstärkungsnetze wie in der Zwischenschicht 19 ge- ■ ,

maß der Zwischenschicht 16 von Fig. 3 eingebettet Mischung F:

sind. Durch diese Maßnahmen wird die faserverstärkte Es werden 3 Teile der Mischung E und 27 Teile

Kunstbeton-Bauplatte bezüglich Schalfestigkeit be- 25 der Mischung D am besten über Zwangsmischer

sonders verbessert. Die Trägerschicht 18 befindet sich gründlich durchgemischt,
unter der Zwischenschicht 19.

Die Mischungen der Deckschichten 11, 14, 17 und Durch Variation des Polyamidharzanteiles läßt sich

20 können beispielsweise folgendermaßen zusammen- auch hier wieder die entsprechende Elastizität des

gesetzt sein: 30 Materials einstellen.

w-u a . ®^ie verwendeten Zuschlagstoffe, insbesondere Sand, Mischung A: _{und die notwen}di_gen Korngrößen für den Sand er-1,000 kg Quarzsand, Körnung 0 bis 2 mm, geben sich aus dem jeweiligen Anwendungsfall.
0,002 kg Vinyl-tri-(2-methoxy-äthoxy)-siIan, Im Durchschnitt dürfen gegenüber bisherigen Me-0,020 kg Xylol. 35 thoden 60% Gewicht an Glasfaserplatten bzw. der ... , ρ Dicke an Glasfaserplatten eingespart werden. Die Mischung B: wesentlich billigeren Schichten der Mischungen C und 13,2 g Rizinusöl, geblasen, F ergeben ein sehr billiges Gesamtprodukt.
24,0 g Polyester mit etwa 11,5% OH-Gehalt, Als Anwendungsmöglichkeiten für das erfindungs-21,6 g Zusatzmittel, 4° gemäße Kunststoff laminat kommt insbesondere der wasserentziehendes Mittel vom Zeolith-Typ, Fahrbahn-, Wege- und Hochbau in Betracht. Die 36,0 g Isocyansäureester mit etwa 30 % NCO- Kunststofflaminate sind beispielsweise als Straßenbau-Gehalt, platten, Gehwegplatten und Beläge für Hochstraßen w-u _r. ^und Brücken, als Bordstein- und Rinnsteinkanten Misc ung C _{45 sow}j_{e a}j_s transportable Beläge für provisorisch be-Aus der Mischung A werden vorzugsweise 568,8 g festigtes Gelände, Sumpf- und Wattgebiete verwend- und 94,8 g der Mischung B möglichst mittels bar. Auch eingefärbte Fußgänger-Uberwegmarkierun-Zwangsmischer innig gemischt und auf die Unter- gen und andere Straßenmarkierungen sowie Zierlage aufgebracht. platten für Gartenwege sind wegen der Witterungs-

50 beständigkeit und guten Abriebfestigkeiten Anwen-

Mischungen dieser Art haben eine Druckfestigkeit dungsgebiete für die Erfindung. Für den Hochbau kann von rund 1200 bis 1400 kg/cm², eine Biegefestigkeit das Kunststofflaminat als vorgefertigtes Fassadenvon 600 bis 700 kg/cm² und einen Abrieb (über element sowie als Wandbekleidung oder als Belag für Böhmsche Schleifscheibe gemessen) von rund 7,2 cm³. Dachabdeckungen und auch als vorgefertigte Zwi-Diese Mischungen sind in ihrer Druckfestigkeit prak- 55 schendecke hergestellt werden. Es eignet sich auch als tisch viermal besser als Eisen-Portlandzement, in ihrer Belag für Treppen, Gerüste und Stegelemente sowie Biegezugfestigkeit zehnmal besser und haben einen um Laufstege im Container- und Schubschiffsverkehr, die Hälfte geringeren Abrieb. Es ist möglich, die Selbstverständlich ist das erfindungsgemäße Kunst-Mischung B in ihrer Elastizität zu verändern, und Stofflaminat auch sehr vorteilhaft für gebogene Platten, zwar dadurch, daß Polyester mit 11,5 % OH-Gehalt 60 z. B. Rinnsteine, und besonders für Rohre verwendbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elastisches Kunststofflaminat großer Druck- und Biegefestigkeit, wie Bauplatte, Rohr od. dgl., bestehend aus einer aus aushärtbarem Kunstharz und Faserverstärkungen entstandenenTrägerschicht und einer mit dieser verbundenen äußeren, Kunstharz und Zusatzmaterialien enthaltenden Deckschicht mit eingebetteter flächiger Verstärkung, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (11; 14; 17; 20) einer Dicke zwischen 2 bis 20 mm als Zusatzmaterialien Zuschlagstoffe, Quarzsand und Kies einer Körnung bis 2 mm mit einem Gewichtsverhältnis von etwa 6: 1 in bezug auf die übrigen Bestandteile, als Verstärkung Netze und als Kunstharz ein durch Polyaddition aus hydroxylgruppenhaltigen Polyestern und/oder Polyäthern und isocyanaten entstandenes Produkt aufweist und daß als aushärtbares Kunstharz für die Trägerschicht (10; 12; 15; 18) Polyesterharz, Epoxyd- oder Butadienmischpolymerisatharz verwendet ist.

2. Elastisches Kunststoff laminat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (11; 14; 17; 20) unter Verwendung von Substanzen, wie Alkalialuminiumsilikaten, hergestellt ist, die dem Polyadditionssystem vor der Polyaddition stark Wasser entziehen.

3. Elastisches Kunststofflaminat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Trägerschicht (12; 15; 18) und der Deckschicht (14; 17; 20) eine Zwischenschicht (13; 16; 19) aus einem Kunststoff auf Polyurethanbasis oder Epoxydharz angeordnet ist.

4. Elastisches Kunststofflaminat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (11; 14; 17; 20) unter Verwendung von Silanen, wie etwa 0,05 bis 5% Vinyl-tri-(2-methoxy-äthoxy)-silan hergestellt ist, die mit Restspuren von Wasser oder OH-haltigen Radikalen an den Zuschlagstoffen reaktionsfähig sind.