DE1629655A1

DE1629655A1 - Poroeses Gebilde und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1629655A1
Application number: DE19661629655
Authority: DE
Inventors: Adams Whitney R
Original assignee: Scott Paper Co
Current assignee: Kimberly Clark Tissue Co
Priority date: 1964-05-07
Filing date: 1966-09-30
Publication date: 1971-05-19
Also published as: FR92508E; FR92506E; FR92507E; GB1173567A; BE687669A; FR1444781A

Description

Scott Paper Company
Philadelphia, Pa., USA

Poröses Gebilde und Verfahren zu seiner Herstellung

Zusatz zu Patent ... .

(Aktenzeichen S 96 992 IVc/39b)

Die Erfindung bezieht sich auf insbesondere mit organischen ™ Harzen beschichtete poröse Gebilde sowie ein neuartiges Verfahren zu ihrer Beschichtung.

Während der letzten Jahre war eine zunehmende Verwendung von porösen Stoffen in zahlreichen Anwendungsgebieten, wie in der Chemie und in. der Luft- und Raumfahrt, zu beobachten. Zu den Anwendungsgebieten dieser Stoffe gehört das Filtrieren verschiedener gasförmiger oder flüssiger Medien. Diese neuartigen Stoffe sind auch als Baustoffe in den Fällen gefragt, in denen ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht erforderlich ist.

diesen Zwecken und im Bemühen, diese Erfordernisse zu erfüllen, bat man bereits zahlreich viele herkömmliche Werkstoffe, wie kompliziert gestaltete Metallfoliengebilde und Wabenkonstfuktionen änderen Werkstoffen sowie neuerdings entwickelte poröse

iaiis'zj.B. netzstrukturierten Schaumstoffen aus Polyurethan , verwendet. Diese Gebilde haben sich zwar

auf einigen Anwendungsgebieten rait milden Beanspruchungsbedingungen als zufriedenstellend erwiesen, können aber nicht unter erschwerten Bedingungen bezüglich Temperatur, Druck, Gewichtsbelastung oder chemischen Angriffs eingesetzt werden. Derartige Gebilde weisen also ersichtlicherweise häufig schon bei Benutzung im Normal temperaturbereich nur ungenügende und für solche bei höherer Temperatur, z.B. bei 95° C und darüber überhaupt nicht die geforderte Festigkeit auf.

Man weiss heutzutage zahlreich verschiedene offenzellige Netzstrukturgebilde aus verschiedenen Kunstharzen, wie Polyurethanschaumstoff, herzustellen und hat auch unlängst netzstrukturierte Po^Lyviny!schaumstoffe annehmbarer Durchlassigke-it durch neuartige Explosionsverfahren erhalten. Darüber-hinaus weiss man auch gut über die Herstellung vieler anderer Arten von dreidimensionalen Zeilgebilden, wie Wabenkonstruktionen verschiedenster Bauart, und ähnlichen Gebilden anderer Zellgeometrie Bescheid, die aus vielerlei Werkstoffen , einschliesslich Glasfaserbahnen, Papier und verschiedener Metallfolien herstellbar sind. Derartige Wabenkonstruktion durch Schweissen oder sonstige Met al lver arbeit längsverfahren zu schaffen, ist aber aus serordentlich kostspielig und häufig sogar unmöglich, wenn kleindimensionierte Zellen gewünscht werden.

Eines der weitaus billigsten bekannten Zellgebilde scheint netzstrukturieEt?er Polyurethansohaurastoff zu sein» den man iß vorhäXtnismässig grossen Stücken und in praktisch jeder

,Form herstellen und bezüglich seiner Eorengrösse über einen .iweiten.Bereich hinweg ziemlich genau einregeln kann. Polyurethangebilde sind aber nur,ungenügend säure- und alkalifest und quellen auch in den meisten organischen Lösungsmitteln beträchtlich auf, während Polyvinylchloridschaumstoffe andererseits bezüglich ihrer Porengrösse nur wenig variabel _;und einregelbar, sind.

Die Erfindung bezieht sich auf neuartige Stoffe mit hohem Festigkeit-Gewichts-Verhältnis und höherer Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit. Die erfindungsgemässen Gebilde sind im wesentlichen porös, weisen eine Vielzahl offener· Zellen beliebiger Form auf und bestehen aus einem Grundmaterial mit einer verhältnismässig dicken Beschichtung aus einem entweder thermoplastischen, ,oder wärmeaushärtenden organischen Harz. Diese Be-

/und Schichtung nimmt_dann die Urgestalt des Grundgebildes an gibt ausserdein meistens dem Fertiggibilde den Hauptteil seiner Festigkeit.

Der Werkstoff-Fachmann erkennt ohne weiteres, dass das erfindungsgemässe Verfahren neue Materialien liefert, die verhältnismässig billig und in vielen Fällen erfolgreich einsetzbar sind, wo übliche, teuerere Werkstoffe versagten, und diese vielfach leistungsmässig übertreffen. Kurz definiert stellt der neue Werkstoff ein poröses Gebilde mit vielen, durchweg nach der freien Luft hin offenen Zellen dar, das weitgehend aus einer mindestens einlagigen, aus entweder thermoplastischem oder wärmeaushärtendem organischem Harz gebildeten Beschichtung auf einem Skeiettgebilde bestellt ,

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welches durch einen leicht in die gewünschte Form bringbaren Grundstoff gebildet wird. Die erfindungsgeniässen Werkstoffe können für zahlreiche Verfahren benutzt werden,bei-denen ein dreidimensional zelliges oder poröses Gebilde,als unter chemisch aggressiven Bedingungen und bei leicht erhöhter Temperatur brauchbares Konstruktionsglied oder Filterkörper erwünscht ist , und können somit Aufgaben erfüllen, die bisher nur von teueren und kompliziert herstellbaren Gebilden aus Metall, Glas oder manchmal poröser Keramik übernommen werden konnten.

Die Erfindung schafft fernerhin solche Gebilde, die in der Harzdeckschicht' noch Zusätze, wie Farbstoffe, Füllstoffe oder Verstärkungsfasern, enthalten. Was man dadurch an Abwandlungen und Vorteilen erreichen kann, soll später näher erläutert werden. Die Erfindung umfasst auch solche Gebilde, die an ihrer Oberfläche mit verschiedenen Substanzen organischer oder anorganischer Natur in Form von Körnern, Flocken oder Fasern verklebt oder verbunden und dadurch einerseits zu Oberfläeheneffekten fähig sind, welche z.B. stark die Durchlässigkeit für Fluida, die Filtrierfähigkeit für gewisse Medien, den Ionenaustausch oder sonstige Eigenschaften beeinflussen,und andererseits in gewissen Fällen in ihrer Gesamtfestigkeit wesentlich beeinflusst werden. .

^U> Die Erfindung betrifft somit

^ -.-■··: .■-; ;■ _sho₍eJxf es te, hinter zahlreich verschiedenen Bedingungen

—». verwendbare, szellige oder po.ro.se Gebilde ; . o»

—> _; v... . ·,hqchf.este,, -unter zahlreich verschiedenen Bedingungen verwendbare.und anisotrope Eigenschaften aufweisende Gebilde, die aus Gebilden mit verhältnisiiiäswlK- geringer Festigkeit

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aus solchen mit. niedriger Schmelz- oder Zersetzungstemperatur bestehen, welche ursprünglich auf billige und unkomplizierte Welse hergestellt sein könnenτ .

isotrope Eigenschaften besitzende, poröse Gebilde mit offenen, kommunizierenden Durchlässen oder Zellen und-aus einem Werkstoff, der im Kern aus einem leicht In die gewünschte Form bringbaren Grundmaterial, und aussen aus einer organischen Harzdeckschicht besteht, welche mit. Farbstoff, Füllstoff und/oder Fasermaterial gefüllt und/oder oberflächlich bedeckt 1st ;

ein Gebilde aus einer Grundmasse aus miteinander ver- ""^ bundenen Rippen und Knoten, die netzstrukturierte, wahllos orientierte und miteinander verbundene Zellen bilden, wobei die Rippen aus Polyurethan bestehen und eine organische Harzdeckschicht aufweisen, die mit Farbstoff, Füllstoff und/oder Fasermaterial gefüllt und/oder oberflächlich bedeckt ist.

Es Ist bekannt, Gebilde mit organischen Harzen zu beschichten. Beispielsweise hat man bereits viel Arbeit in die Beschichtung einfacher Strukturgebilde aus stark wärmespeichernden Materialien, wie Metall, mittels Fliessbettbehandlung gesteckt, indem man sie In erwärmtem Zustand in ein Fliessbett aus erwärmtem organischen Harzpulver eintauchte und dadurch eine glatte, zusammenhängende Beschichtung auf ihrer Oberfläche erzeugte. Zahlreiche Gebilde können, aber ersichtlicherweise aus vielerlei Gründen, z.B. wegen sel&echter Wärmeleitung oder geringer Wärmebestandigkeit nicht dieser Welse beschichtet werden. Je nach Art des angewandten

«öd der Eigenschaften des zu beschichtenden Materials kann solches Verfahren beispielsweise deshalb undurchführbar sein,

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weil das Grundgebilde bereits bei einer unterhalb der Schmelztemperatur des organischen Harzes liegenden Temperatur zerfallen oder sich zersetzen würde. Nachteilig ist fernerhin, dass man mit diesem Verfahren nicht die Innenflächen insbesondere solcher poröser Gebilde beschichten kann, die eine grosse Anzahl kleiner Zellen und einen vergleichsweise grossen Querschnitt aufweisen, und, selbst wenn dies gelänge, keine gleichförmige Beschichtung erhalten würde, da der äussere Teil während der Beschichtung dem Harz unweigerlich stärker ausgesetzt sein und daher eine stärkere oder schwerere Auflage erhalten würde«

Es gibt auch noch andere bekannte Verfahren zur Beschichtung von Gegenständen mit verschiedenen Arten von organischen Harzen. Beispielsweise kann man geschmolzenes Polyäthylen zur Beschichtung eines vorgewärmten Gegenstandes benutzen. In dem Temperaturbereich, in dem sich Polyäthylen noch nicht zersetzt,Ist aber die Schmelze derart viskos, dass die Polyäthylenbeschichtung mittels Tauchverfahren besonders materialvergeudend wäre. Wenn man netzstrukturiertes Polyurethan In eine Polyäthylenschmelze eintaucht, wird überraschenderweise das Gebilde durch und durch mit Polyäthylen verstopft und gefüllt. Ähnliche Schwierigkeiten treten auch bei anderen organischen Harzen auf. Eine elektrostatische Beschichtung von Gebilden ist nur möglich, falls sie leitfähig sind, so dass man nur vergleichsweise'ebene Metallbleche mit obendrein nur sehr dünnen Oberzügen versehen kann.

Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der Erfindung besteht mithin

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in der Schaffung eines einfach durchführbaren Verfahrens, um ' neuartige poröse Gebilde zahlreich verschiedenerer Art, als dies bisher möglich war, mit organischen Harzen zu beschichten."

Demgetnäss wird das zu beschichtende poröse Gebilde auf seiner Gesamtoberfläche einschliesslich aller freien inneren Oberflächen vorübergehend mit teilchenförmigen! Beschichfcüngsmäterial aus organischem Harz bedeckt und dieses bei einer unterhalb der Zersetzungstemperatur des Gründgefüges liegenden Temperatur zu einem die Gesamtober fläche- des porösen' Gebildes überziehenden, zusammenhängenden Überzug verschmolzen. Nachdem das,z.B. wärmeaushärtende- Harz, fest geworden ist, 'bildet-es^;;für-siöh selbst ein Gebilde,- welches^ meistens' vielfach' feister" als' dä% -Urgebilde ist.

Weitere Ziele, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich noch deutlicher aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen. Es zeigen : ^: '

Fig. 1 und- 3 schaubildliche Darstellungen verschiedener offene , kommunizierende Zellen aufweisender, poröser Gebilde als Beispiel, für die nach dem: erfindungsgemässen Verfahren herstellbaren Gebilde, in . vergrössertem Massstab. ■ · Λ·

Fig.: 2 --einen Teilschnitt längs der. Linie-2 - 2 in Fig, .1 zur Veranschaulichung der Natur des entstehenden Gebildes, in.noch stärkerer Vergrösserung, und

Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Strang des Gebildes gemass Fig,

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3, in nooh stärkerer VergrÖsserung.

Allgemein ausgedrückt sieht das erfindungsgernässe Verfahren vor, dass man teilchenförmiges BeSchichtungsmaterial aus organischem Harz zeitweilig an die Oberfläche eines porösen Gebildes anheftet, das aus einem Material vorgegebener Schmelztemperatur besteht und offene, kommunizierende Zellen oder Durchlässe aufweist. Dies kann z.B. in der Weise geschehen, dass man das Gebilde mit einer Bindeflüssigkeit befeuchtet, anschliesserid z.B. durch Aufstäuben mit dem Harzpulver bedeckt, welches in unausgehärtetem Zustand eine niedrigere Schmelztemperatur als das Grundgebildematerial besitzt, und nach Beschichtung dann solange auf eine Temperatur oberhalb der Harzschmelztemperatur und unterhalb der Grundmaterial-Zersetzungs- und Schmelztemperatur erhitzt, bis das Harzpulver auf der Gebildeoberfläche zu einer praktisch zusammenhängenden Deckschicht ausgeschraolzen ist. Diese Erhitzung kann auf verschiedene Weise erfolgen, indem aas beschichtete Gebilde beispielsweise in einen Ofen oder eine durch Infrarot-, Strahlungsoder Konvektionswärme geheizte Zone einbringt und solange und so hoch erhitzt, bis das Beschiehtüngsmaterial starr und selbsttragend ausgehärtet ist» Man erhält so einen Gegenstand, der in seiner Gestalt praktisch dem ürgebilde entspricht, aber materialmässig im Kern aus dem Grundgebildemäterial und aussen aus einem anderen * Material mit verbesserten physikalischen Eigenschaften und wesentlich höherer festigkeit besteht. Erforderlichenfalls kann man zwecks Irhohiing der Decksohichtstarkeiititiai Anfeuchten, Bestäuben und Erhitzen mehrfach durchführen, . _

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Von vornherein muss man verstehen, dass zahlreich verschiedene Gebilde erfindungsgemäss beschichtet werden können. Beispiele hierfür sind in den Fig. 1 und 3 dargestellt. Die Erfindung eignet sich besonders für das Beschichten von Gebilden poröser Natur mit offenen, kommunizierenden Zellen oder Durchlässen, von denen einige im Vergleich zum Zellenquerschnitt ausserordentlich " lang sein, also bei einer Zellengrösse von etwa 0,4 cm und noch weniger eine Länge von etwa 60 cm und darüber besitzen können,

und nach den bisher bekannten Verfahren nicht zufriedenstallend beschichtbar sind.

Unter den Materialien , die als Unterlagen verwendet und nach dem erfindungsgemässen Verfahren erfolgreich beschichtet werden können, befinden sich Stahlblech, Stahldraht, Glas, Holz, galvanisierter Stahl, Stahlsieb, Stahlwolle, Baumwollgabardine und eine Anzahl von Nylon-, Baumwoll-, und Rayongrobgeweben. Die vorteilhaftesten Unterlagen sind die aus anderen organischen Stoffen, wie Polyurethan und Phenolharzen, bestehenden oder damit beschichteten Gebilde.

A&eh die Querschhittsflachen dieser Durchlässe oder Zellen sind weitgehend variabel und nur soweit beschränkt, als das Beschichtjungsmaterial so fein vermahlbar ist, dass es auf die innenflächen eines solchen Gebildes abgelegt werden kann. VSrstandlieherweise ist die Erfindung auch auf Gebilde anwendbar, die in der BOrm einfacher als zeichnerisch dargestellt und sogar ebenflächig sein können. ...^

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Fig. 1 zeigt eine einfache Wabenkonstruktion, deren Zellen ein sehr hohes Längen-Querschnitts-Verhältnis besitzen, grundsätzlich jedoch ein sechseckiges Wabengebilde festlegen. Fig. 3 zeigt dagegen den Aufbau eines erst jüngst entwickelten Grundmaterials in Form eines sogenannten "netzstrukturierten Polyurethanschaumstoffs", das nach Art und Herstellung in der amerikanischen Patentschrift 3 I7I 820 beschrieben ist und grundsätzlich ein dreidimensionales, poröses Wabengebilde aus materialeinheitlich verbundenen Rippen bildet, welche ein isotropes Skelettgerüst . aus vielen polygonalflächigen Vielflächnern festlegen.

Polyurethanschaufflstoffe können bekanntlich höhere Temperaturen (von etwa 232° G) als die meisten Polyolefine ertragen, bevor Zersetzung eintritt. Man stellt sie im allgemeinen in der Weise hfr, dass man ein polymeres Polyolharz und ein Polyisocyanat in Gegenwart von Blähgas entwickelndem Wasse^dnd/oder von einem Blähmittel umsetzt, das während der Zeit, in der das Polymer einen schon festeren, aber noch verformbaren Zustand erreicht, durch die Reaktionswärme aktiviert wird. Die üblichsten Schaumstoffe werden entweder aus einem Polyester- oder einem Polyätherharz hergestellt. Netzstrukturierte Schaumstoffe dieser Art sind von der Anmelderin erhältlich.

Ersichtlicherweise kann man das pulverförmige Besdichtungsmaterial auf verschiedene Weise vor dem Erweichen oder Aufschmelzen an die Gebildeoberfläche anheften und an ihr festhalten. Eine bereits erfolgreich angewandte Möglichkeit besteht darin, dass man das Gebilde zunächst durch Eintauchen oder Besprühen mit einer

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Bindeflüssigkeit bedeckt, die mengenmässig beliebig viel sein kann, aber ausreichen muss, um die Gebildeoberflache zu befeuchten und die gewünschte Menge des pulverisierten Kunstharzes zurück- zuhalten* Als Befeuchtungs- oder Bindeflüssigkeit verwendet man wegen seiner leichten Verfügbarkeit, Billigkeit und guten physikalischen Eigenschaften, wie Polarität, bevorzugt Wasser, das normalerweise unrein genug ist und Kleinstmengen an verschiedenen Stoffen enthält, die als Bindemittel dienen. Diese Bindemittel halten die Harzteilchen auf dem Gebilde, nach dessen Erwärmung und Verdunsten der Flüssigkeit fest. Ausserdem enthält das zu beschichtende Gebilde selbst auf Grund seiner Herstellung und der Verunreinigungen seines Werkstoffs normalerweise genug Fremdstoffe, um solches Bindemittel zur Verfügung zu stellen*

Selbstverständlich können jedoch häufig reine Gebilde, die gereinigt oder anderweitig von Fremdstoffen freigehalten worden sind, hydrophob sein. Auch wenn reines Wasser als Haltemittel für das Harzpulver aufgetragen wird, bleibt nach seiner Wärmeverdampfung nichts als Bindemittel zurück. Erstaunlicherweise erzielte naan aber auch bei Verwendung von reinem Wasser als Auftrags* und Haltemittel sehr zufriedenstellende Ergebnisse, sofern das Öebilde vor

keinem dem Aufschmelzen des Harzpulvers keiner Hüttelung oder längeres

Transport unterwarf eu wurde*

In einigen Fällen und insbesondere dann, wenn das puiverbesöhlGhtete öebilde vor dem Anschmelzen transportiert werden muss, gibt man zweckmässigerweise etwas Bindeflüssigkeit, z.B. ein flüssiges

Klebmittel, vom wasserlöslichen Latex-Typ zu. Ein anderes zufriedenstellendes Klebmittel ist eine 5 $ige Emulsion aus Copolymer-Polyviylacetat, wie sie unter dem geschützten Warennamen "Fle'xbond Ϊ50" von der Firma Air Reduction Chemical and Carbide Company, New York/USA, geliefert wird. Um durch die Verkleinerung der Oberflächenspannung und des Kontaktwinkels der Lösung die Befeuchtbarkeit des Gebildes und die Gleichmässigkeit . der Beschichtung zu verbessern, kann man der Bindelösung Netzmittel tesifMgftH, beispielsweise Nonionics aus Polyoxypropylenglykol, " wie sie unter dem geschützten Warennamen "Pluronics" voruder Firma Wyandotte Chemical Company, Michigan/USA geliefert werden, allein oder im Gemisch mit den Klebmitteln zusetzen. Ersichtlicherweise eignen sich zahlreich verschiedene Zusammensetzlangen oder Lösungen, die gleichzeitig als Binde- und Netzmittel wirken und daher auch von der Erfindung umfasst werden.

Einige weitere spezielle Mittel, die bereits mit Erfolg angewandt worden sind, sind aus den nachfolgenden Beispielen ersichtlich.

Wie diese Beispiele zeigen, muss man manchmal ein Klebmittel verwenden, das der Oberfläche des porösen Körpers oder Grundgebildes Trockenklebrigkeit verleiht. !Dies kann wegen Umsetzungsgefahr zwischen dem speziellen wärmeaushärtenden Kunstharzpulver und der speziell verwendeten Bindeflüssigkeit erforderlich oder auch nur zweckmässig sein, um eine dünnere Beschichtung zu erzielen, als sie mit einem flüssigen Binde- oder Klebmittel erreichbar ist. Dies beruht darauf, dass sich bei Verwendung einer Flüssigkeit '

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eine mehrere Teilchen starke Pulverschicht bilden kann, weil die Flüssigkeit infolge Kapillarwirkung durch die bereits haftenden Teilchen hindurch zur Unterlage hin hochgesaugt wird und weiteren Teilchen das Anhaften ermöglicht. Bei einer Trockenhaftschicht andererseits lässt sich die Pulverschicht auf die stärke praktisch nur eines Teilchens beschränken, da praktisch nur die Teilchen, welche die Unterlagenoberfläche tatsächlich berühren, von ihr festgehalten werden können. Eine solche Trockenhaftschicht kann man beispielsweise schaffen, indem man in beschriebener Weise eine Klebmittellösung oder -emulsion aufbringt und vor der Bestäubung mit dem Harzpulver trocknen lässt. Auf diese Weise lassen sich zahlreiche wasserlösliche Klebmittel vom Latextyp zufriedenstellend anwenden»

Zum Beschichten des Grundgebildes eignen sich zahlreich viele organische Kunstharze sowohl vom thermoplastischen als auch vom wärmeaushärtenden Typ. Ihre Teilchengrösse wird durch praktische Überlegungen des jeweiligen Verwendungsfalls bestimmt. Ersichtlicherweise liefern ungewöhnlich grosse Teilchen eine weniger gleichmässige Beschichtung als feine Teilchen. Wichtig ist auch, dass die Teilchen fein genug sind, um in das Innere von verhältnismässig dicken Zellgebilden mit tiefen Durchlässen eindringen zu können. Ersichtlicherweise besteht ein^Zusammenhang zwischen der Porengrosse des zu beschichtenden Gebildes und der Teilchengrösse des Besohichtungsharzes* .

Erfahrungsgemäß hat auch die Harzteilchengrösse einen Einfluss

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auf die jeweilige Überzugsstärke. Gröbere Harzteilchen liefern z.B. bei gleicher Bindemitte!flüssigkeit eine dickere Beschichtung als feine Teilchen. Bei bestimmten, z.B. wärmeaushärtenden Phenol-Harzen, ist es wichtig, lieber mehrere dünne als eine dicke Beschichtung aufzubringen, weil beim Übergang des Phenol-Harzes vom "b"~ in den ¹¹A"- oder voll ausgehärteten Zustand sich Wasser bildet, das nur aus einer dünnen Schicht ins Freie abdampfen kann.

Zur Durchführung der Erfindung eignen sich als Be s dichtungsmaterial zahlreich verschiedene Harze, die entweder thermoplastisch oder wärme aushärtend und, wie z.B. die Phenol- oder Epoxyharze zu den dreidimensional wärmeaushartenden oder, wie z. B. die Polyamide, Polyimide, Polyazine, Polyoxazole, Polypyrone usw. zu den nicht-schmelzenden aromatischen Palycarbonderivaten gehören.

Zu den erfindungsgemäss verwendbaren thermoplastischen Harzen gehören die bekannten Polyolefine aus Äthylen, Propylen, 1-Buten sowie deren Isomere oder Mischungen untereinander, sofern ihr ) Schmelzbereich unterhalb der Polyurethan-Zersetzungstemperatur liegt. Zur Erzielung bestimmter vorteilhafter Eigenschaften, wie Belastungsfähigkeit, sollten die Schmelztemperaturen des Überzugs nicht über dem Warmestabilitätspunkt der Unterlage liegen, der bei Polyurethanschaumstoff bei etwa 232° C liegt. Darüber liegende Temperaturen verträgt das Grundgebilde aber, wenn es ihnen nur kurzzeitig ausgesetzt wird. Zahlreiche andere Unterlagen vertragen höhere Temperaturen, solange sie nicht an die Zersetzungstemperatur der organischen Harzbeschichtung herankommen. Bei Polyurethan sollte die Temperatur jedoch vorteilhafterweise unter 232° C und noch lieber· unter etwa 204° C liegen. , _

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Für Polyolefinpulver gibt es viele Lieferanten. Polyäthylenpulver mit einer Teilchenfeinheit entsprechend DIN 1171-Sieb-Nr. 3,3 bis %"J\ (10 - 120 US mesh), einer Dichte von 0,912 - 0,933 und einem "Schmelzindex von 1 bis 7 liefert z.B. die Firma U.S. industrial Chemicals Company, N,ew York, N.Y. j Ä'thylencopolymere einschliessiich der hochdiehten Typen mit Dichten von 0,950 - 0,970 und darüber sind von den Hrmen Dow Chemical Company, Midland, Mich. , und Union Carbide Plastics Company, New York, N₈Y*, erhältlich. Schmelzbare Pulver aus Polypropylen oder allen anderen vorerwähnten -Olefinpolymeren können von jeder Pulvermühle, z.B. den Firmen ä

Heisler Corporation, Wilmington, Delaware, oder Liquid Nitrogen Processing Corporation, Malvern, Pa., bezogen werden.

Andere organische Kunstharz-Beschichtungsstoffe können aus Polyamiden (vom"Nylon"-Typ), Polyestern, chlorierten Polyäthern, Celluloseacetat, Celluloseacetatbutyrat, PolyvinylChlorid, PoIyisobutylmethacrylat, Mineralwachs und Mischungen von Zusätzen obiger Polymere, hergestellt werden. Sie können auch aus irgendeinem handelsüblichen Standard-Polymer bestehen, das bei etwa 93° bis 260° C auf ein Gebilde aufgeschmolzen und stabil ausgehärtet werden kann und die so erhaltene Steifigkeit auch bei noch höheren Temperaturen beibehält. Geeignet sind z.B. die Phenql-Aldehydharze vom sogenannten Bakelittyp, die durch Umsetzung zahlreich verschiedener Phenole, einschliessiich Phenol selbst und seiner Homologen, z.B. der Kresole, Xylenole, Resoreine, Satechin, ρ,ρ'-Dihydroxydiphenyl-2-propan usw«, mit Aldehyden, wie Formaldehyd, Acetaldehyd, Glyoxal, Acrolein, Furfuraldehyd oder aldehyd-frei-

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setzenden Verbindungen, wie Trioxan-p-formaldehyd, Hexanäthylentetramin usw., entstehen. Auch die wärmeaushärtenden Epoxyharze ■ nebst ihren Copolymeren mit Phenolharzen, Harnstoffharzen, Melaminharzen, Polyamid, Butadien-Acrylnitrilkautschukarten sowie die Furanharze, aus Furfurylalkohol, Furfurylaldehyd oder Gemischen beider, allein oder in Gegenwart von Phenolen sind zufriedenstellend erfindungsgemäss verwendbar. Besonders geeignet sind einige der neuen hochwärmebeständigen und im Endzustand unschmelzbaren Polymere in Form der Polybenzimidazole der allgemeinen Formel

; der Arylenpolyimide der allgemeinen Formel

C(K

N-Ar

der PoIy-Schiffsehen Basen der all-

Ar gemeinen Formel = (HC Ar CH = N Ar N)-_n in denen jeweils eine

zweiwertige aromatische Gruppe, wie -CgH^-, CgH^O-CgH^-, Cg CgH^-, CgH^SCgH^-, -C₁₀Hg-, usw. bedeutet.

Da diese BeSchichtungen im Endzustand unschmelzbar und unlöslich sind, müssen sie in noch löslichem und/oder schmelzbarem, d.h. ungehärtetem Zwischenzustand aufgebracht und anschliessend durch Wärme und/oder Katalysatoren in den ausgehärteten, unschmelzbaren Zustand umgewandelt werden.

Nach Befeuchtung des Gebildes mit einer Bindeflüssigkeit wird seine Oberfläche nach einem der vielen bekannten Aufstäubungsverfahren mit unschmelzbaren Harzsubstanzen in der vorerwähnten pulverigen oder zerkleinerten Form bedeckt, wobei Je nach der Stärke und Gleichförmigkeit der gewünschten Beschichtung das. überschüssige Materialauf dem Gebilde verbleiben oder von ihm ^ entfernt werden kann. 1 Ö Ö 8'2 1 / 1 Sf 2 _BÄD

Die Temperatur, welcher das Gebilde nach dem vorübergehenden Anhaften der HarzteHohen ausgesetzt wird, sollte über der Harz-SQhmelztemperatur und unter der Zersetzungs- und Schmelztemperatur des Grungebildewerkstoffs liegen. Das Grundgebilde muss dabei solange die zum Selbsttragen erforderliche Festigkeit beibehalten, bis seine .Obe rf Innenbeschichtung steif genug wird, um die Festigkeit zu erhöhen und das Gebilde zu stützen. Bei wärmeaushärtenden Kunstharzen, z.B» vom Epoxytyp, sollte die Erhitzungstemperatur zumindest so hoch wie die AushärtHHgxtemperatur , d.h. f die Temperatur sein, bei welcher das Epoxyharz in den ^UB"-Zustand übergeht und irreversibel seiner vollen Aushärtung zustrebt. Normalerweise wird die Aushärtung durch höhere Temperatur beschleunigt.

Bei einigen nicht aus wärmeaushärtenden Kunstharzen bestehenden Beschichtungssubstanzen muss womöglich eine Zwischenschicht aus einem wärmeaushärtendem Harz aufgebracht werden* um ein Gebilde zu schaffen, das bei den höheren Temperaturen von z.B. 26o° C und darüber beständig ist, bei denen eine andere BeschichtungssubstEBz aus z.B. Polytetrafluoräthylen ("Teflon") oder Polyamid ("Nylon") aufgebracht werden muss. Ersieht lieherweise hängt die Aufnehme Iztemperatur weitgehend von den Eigenschaften des Grundgebildematerials , und ähnlicherweise Aushärtungsternperatur und -dauer von den Eigenschaften der Auftragsschichtsubstanz ab. Igßedera Fall wird durch das Aus- und Zusammenschmelzen der Harzteilchen eine die Gesamtoberfläche des Gebildes bedeckende, einheitliche und zusammenhängende Kunstharzschicht erzeugt«

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Im Sinne der Erfindung liegt es auch, von vielen möglichen Zusätzen mindestens einen dem organischen Kunstharzpulver zuzugeben und vorübergehend an der Oberfläche eines porösen Gebildes anzuhaften, damit er bei der Harzverschmelzung und zumindest im Fall eines wärme aus hart enden Harzes, bei dessen Aushärtung inniger Bestandteil des Überzugs wird und gewisse seiner Eigenschaften auf das Fertiggebilde überträgt. Beispielsweise verleiht erfahrungsgemäss die Zugabe von Verstärkungsfasern,aus z.B. Glas oder Asbest , der Beschichtung und dementsprechend auch dem Fertigverbundgebilde erhöhte Zugfestigkeit und Steifheit.

Erfahrungsgemäß ist es manchmal zwecks Aufweitung des Anwendungsbereichs von teuereren organischen Harzen vorteilhaft, billige Füllstoffe, wie Ton, als Streckmittel zuzusetzen ; man kann auch : verschiedene jnrafcfaRiaoixte, wie Metalloxyde oder Kupferphthalocyanine, zwecks Färbung oder Trübung der Beschichtung zusetzen. Die Zugabe von Kohlenruss zu einem Beschichtungsharzpulver, wie Polyäthylen, hat sich als die LichtStabilität der Beschicntung begünstigend erwiesen* ) Zu den vorteilhafteren, feintelügen Zusätzen zum Kunstharz gehören beispielsweise Glasfasern, Asbestfasern, Bimsstein, Aluminiumpulver, Mikraballons, dUti, Hohlkügelchen aus Glas oder Phenolharz, Ton und Kieselerde, je nach den gewünschten physikalischen Eigenschaften der Beschichtung und der durch den Zusatzstoff hervorzubringenden Wirkung kann das feinteilige Material auch in Form von Fasern, Flocken oder unregelmässig geformten Körnchen vorliegen, ,

Im Sinne der Erfindung liegt es fernerhin, feinverteiltes Material verschiedenster Art auf die Oberfläche des Fertiggebildes aufzubringen, um ihm für bestimmte Anwendungsgebiete, wie z.B, Filtration

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Ionenaustausch usw., wünschenswerte Oberflächeneigenschaften zu erteilen. Die Zugabe dieser Stoffe erfolgt dabei nach dem Ausschmelzen des Harzes zur Deckschicht, aber vor dessen Übergang bezw. bei wärmeaushärtendem Kunstharz , dessen Aushärtung zu einer harten, stabilen Schicht. ' Man bringt also, unabhängig davon, ob das Harz wärmeaushärtend oder thermoplastisch ist, das feinverteilte Zusatzmaterial in früher beschriebener Weis'e, also z.B. durch Aufstäuben, in Form von unregelmässig geformten Körnchen, Flocken oder Fasern auf die klebrige Oberfläche des auf Harz- I Schmelztemperatur gehaltenen Gebildes auf, auf der es haften bleibt und mit ihr nach dem Aushärten fest verbunden wird, Für Befeuchtungskissen und Luftfilter ist diese Methode ersichtlicherweise besonders wichtig, weil die Befeuchtbarkeit des Gebildes verbessert und seine Oberfläche vergrössert wird, also höhere Filterleistung :<schafft. Bereits erprobte Zusätze dieser Art sind z.B. Feldspat, Bimsstein, Mikroballons aus Glas oder Phenol, sowie Flocken aus Stahlwolle, Polyamid und Polytetrafluoräthylen ("Teflon").

Die physikalischen Eigenschaften der erfindungsgemäss hergestellten Gebilde hängen weitgehend von der Struktur des Grundgebildes ab* So würde z.B. die struktur gemäss Fig. 1 weitgehend anisotrope Eigenschaften besitzen, indem möglicherweise das Festigkeitsmaximum parallel zur Zellenlängsachse liegt. Andererseits wurden Strukturen gemäss Fig. 3 Gebilde mit praktisch isotropen Eigenschaften liefern, die auf vielen weiteren Anwendungsgebieten e inset zbEtr sind. Bei derartigen Strukturen ist die Erfindung

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besonders bedeutungsvoll, weil sie grosstückiges Material sehr billig und unter leichter Einregelbarkeit bezüglich Porengrösse und Materialstärke herstellen lässt ; dies gilt zum Beispiel gemäss früher erwähnter amerikanischer Patentschrift für Polyurethanschaumstoffe.

Die Erfindung schafft zahlreich verschiedene Gebilde mit offenen, kommunizierenden Durchgängen oder Zellen aus einem Verbundmaterial, das einen Innenkern aus Grundgefügematerial und eine Aussenschicht aus einem Beschichtungsmaterial besitzt, welches leicht aushärtbar oder zumindest teilweise pyrolisierbar ist. Die Struktur solcher Gebilde ist im einzelnen aus den Querschnittsfiguren 2 und 4 ersichtlich, die die typischen Konstruktionsmerkmale einer Vielzahl erfindungsgemäss herstellbarer Erzeugnisse aufzeigen.

Fig. 1 zeigt schaubildlich eine einfache erfindungsgemäss hergestellte Wabenkonstruktion, deren Zellwände aus einem Innenkern 10 aus mit Organopolymer, z.B. Phenolharz, imprägniertem Glasfasertuch und ihn beidseitig bedeckenden Kunstharzschichten besteht, siehe insbesondere Fig. 2.

Ein weiteres sehr bedeutsames Merkmal der Erfindung ist aus Fig. ersichtlich, indem sich in den Gebieten der Schicht 12, die direkt an Strukturecken oder an Stellen angrenzen, wo mehrere Flächen winklig aneinanderstossen und anderenfalls eine scharfe Ecke bilden würden, also bei 14, Beschichtungsmaterial anhäuft, diese Ecken abrundet und der Beschichtung 12 eine Aussenflache verleiht.

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die verhältnismässig glatt und frei von plötzlichen Richtungsänderungen oder Oberflächenunregelmässigkeiten ist.

Dem Statiker ist klar, dass das Fertiggebilde hierdurch stark erhöhte Festigkeit erhält, da diescharfen Ecken oder Oberflächenunregelmässigkeiten innewohnende Schwäche beseitigt wird. Diese Oberflächenglättung ist noch wesentlicher im Hinblick darauf, dass im Falle von 'Materialien, wie kunstharzimprägniertem Glasfasergewebe, mit grossen Schwankungen bezüglich Schichtdicke oder * -querschnitt zu rechnen ist, die zu gleichmässigem AusfHessen und Ausfüllen neigende Kunstharzbeschichtung aber alle solche anderenfalls schwächende Schwankungen ausgleicht und bei erfindungsgemässein Auftrag dem Fertiggebilde eine glatte und zusammenhängende Aussenflache verleiht. Diese Eigenart kann auch dann von Vorteil sein, wenn die erfindungsgemässen Erzeugnisse bei der Filtrierung oder verschiedenen sonstigen chemischen Anwendungsgebieten benutzt werden, wo der Durchfluss durch sie möglichst gleichmässig und widerstandsarm vor sich gehen soll.

Fig. 3 zeigt schaubildlich einen Körper aus netzstrukfcurierteni Folyurethansehaumstoff, der erfindungsgemäss mit einem organischen Kunstharz beschichtet ist» Das Fertiggebilde besteht somit aus einer Vielzahl innig verbundener Rippen und Knoten, die das isotrope Skelettwerk eines Vielflächners mit vieleckigen Flächen bilden, Fig·■■ 4- zeigtIim Querschnitt den Aufbau eines solchen Strangs, dessen Kern tß aus- fester ioiyurethanipasse miteiner zusammenhängenden Schient 12 aus organischem Kunstharz überzogen ist, die

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die Festigkeit des Gesamtgefüges erhöht. An der Grenzfläche zwischen Kern 10 und Überzug 12 kann sich unter Umständen eine Zwischenschicht aus dem Umsetzungsprodukt aus dem organischen Harz der Schicht 12 und dem Polyurethan 10 befinden.

Bei gemäss Fig. 3 strukturierten Gebilden nimsnt die Stärke des Strangüberzugs 12 von der Mitte nach denendseitigen Knotenpunkten hin etwas zu, an denen sich auch noch das Überzugsmaterial anhäuft. Offenbar wird dies weitgehend durch die Oberflächenspannung im geschmolzenen Überzugsharz vor-seiner Aushärtung zur harten Versteifungs- oder Schutzschicht verursacht. Vereinzelt können auch einige Zwischenräume oder Fenster im Rippenwerk einen Harz-

aber
film aufweisen. Man muss genau beachten, dass das Fertiggebilde an sich hochporös und offenzellig ist, soweit die Beschichtung nicht übermässig dick ausgestaltet wird. Wie bereits erwähnt, besitzen die in vorstehender Weise hergestellten Produkte im allgemeinen die gleiche Struktur wie das Grundgebilde aus z.B. Polyurethanschaumstoff» und/hängt dabei in seinem physikalischen Aussehen von den* des Grundgebildes ab. Im Fall von Polyurethan-SQhaumstoff besitzt das Gebilde im allgemeinen etwa 2 bis 24 Poren, vorzugsweise etwa 2 bis 18 Poren und am liebsten etwa 4 bis 10 Poren je laufenden Zentimeter %ffi$. Bei wiederholter Beschichtung kann die Menge der Kunstharzablage rung auf dem Schaumstoff je nach der Schaumporengrösse und der Harzteilchengrösse 700 f-> und mehr erreichen. Dieses Verhältnis wird nachstehend noch näher erläutert.

Die Festigkeit der erfindungsgemässen Gebilde hängt weitgehend primär von der Festigkeit des als Überzugsmaterial verwendeten

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BAD ORIGINAL

organischen Kunstharzes und ausserdem von der Überzugsstärke ab.

Im allgemeinen bestehen netzstrukturierte Polyurethangebilde und die aus ihnen entstandenen Verbundgebilde aus an örtlich.getrennten Stellen durch Knoten verbundenen Rippen, die etwa Dodekaeder mit etwa Fünfeckflächen ohne irgendwelches Membranmaterial bilden. Diese Schaumstoffstruktur ist etwas idealisiert j in der Praxis variieren die Dodekaedereinheiten.

Obgleich die Zellen wahllos orientiert und somit zueinander ™

anisotrop sind, verhält sich das Gesamtgebilde etwa wie ein isotroper Körper. Diese Eigenschaft des Schaumstoffs ist sehr vorteilhaft, da seine Druck-Dämpfungs-Eigenschaften besser als die einiger herkömmlicher Filterkissen sind. Im Vergleich zu den anisotropen Filter- und/Kontaktiereinrichtungen, wie Polyäthylenmatten, eignen sich daher die aus erfindungsgemässen Verbundkörpern hergestellten Gegenstände wegen ihrer gleichmässigeö PorengrÖsse und isotroperen Natur besonders gut für die Filtration von Säuren und Alkalien.

Darüberhinaus besitzen die erfindungsgemässen Verbundgebilde im Vergleich zu normalen Polyurethanschaumstoffen eine verbesserte Belastungs-Spannungs-Charakteristik. Beispielsweise erfordert das Zusammendrücken von erfindungsgemäss mit organischem Kunstharz beschichtetem Polyurethan mehr Energie als beim unbeschichteten Polyurethan. Diese Eigenschaft wird insbesondere für selbsttragende Filter ausgenutzt.

BAD ORlGiMAL

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: - 24 -

■ Gleichermassen überraschende Ergebnisse erzielt man durch Wärmeverformung der neuartigen Verbundgebilde zu beliebig gewünschter Gestalt. Wenn man ein harzbeschichtetes, netzstrukturiertes Polyurethangebilde erwärmt und dann bis zur Abkühlung in der gewünschten Gestalt hält, entsteht ein dauerhaft verformtes Gebilde, das nicht wie unbeschichtetes Polyurethan in die Ausgangsgestalt zurückfedert. Hierdurch kann man zahlreich verschiedene , formbeständige Körper mit schwer abformbaren Konturen herstellen.

Fernerhin lässt sich ein erfindungsgemasses Gebilde leicht mit zahlreichen anderen Werkstoffen verbinden, da geschmolzene organische Harze, wie Polyäthylen, gutes Adhäsionsvermögen zeigen. Man kann also z.B. Verbundfilter mit sich ändernder Porengrösse dadurch herstellen, dass^actas Polyäthylen auf der Oberfläche des einen Gebildes anschmilzt und dieses dann mit einem anderen feinporigerem erfindungsgemässen Gebilde vereinigt. Ersichtlicherweise kann man so die verschiedensten Verbundkörper schaffen. Auf ähnliche Weise kann das Gebilde mit jeder beliebigen Rauhfläche verbunden werden, die ausreichende Affinität zur Schmelze des betreffenden Überzugsharzes besitzt.

Bei der Wärmeverfortung normaler Polyurethanschaumstoffe tritt eine beträchtliche Gefügeverdichtung ein, wodurch die Druckdämpfungscharakteristik leidet. Man hat auf komplizierten Wegen diese ' Verdichtung zu vermeiden versucht und auch schon Teillösungen hierfür geschaffen,-die aber alles andere als zufriedenstellend waren. Hierzu gehört z.B. , dass man Polyurethanbahnen nach dem

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- 25 -

-.25 -

ßiessen und vor Ablauf einer kritischen Zeitspanne formte und aushärtete. Alle diese Schwierigkeiten lassen sich nunmehr durch Wärmeverformung der erfindungsgeraässen, harzüberzogenen Polyurethanverbundgebilde vermeiden.

Ersichtlicherweise lassen sich verhältnismässig grosse Zellgebiete aus Einzelstücken aus harzüberzogenem, netzstrukturiertera Poly-' urethanschaumstoff herstellen, indem man sie verbindet, während sich das Beschichtungsmateriai in geschmolzenem Zustand befindet. i Diese Möglichkeit ist bei feinstporigen Zellgebilden von gewissem Wert, die nicht in jeder beliebigen StUckhöhe mit Harz beschichtet werden können. In anderen Fällen erschien eine Änderung der Zellstruktur in der Weise zweckmässig, indem man z.B. das Gebilde nach Beschichtung bei noch Schmelzkonsistenz des Harzes durch Kompression verdichtete und dadurch feinporiger machte. Auf ähnliche Weise kann man zahlreich verschiedene Verbundgebilde oder -platten herstellen, indem man das beschichtete Zellgebilde zwischen zwei Deckplatten aus folienartigem Material einschliösst und mit ihnen verklebt, während sich das Überzugsmaterial im Schmelzzustand befindet.

Die erfindungsgetnässen Verbundgebilde eignen sich für Anwendungszwecke wie Heizanlagenfilter, Befeuchtungs- und Verdampfungskühlerkissen, wobei Oberflächen-Modifikatoren wie Glas, Asbest, Feldspat oder Bimsstein verwendet werden körinen« So kann man beispielsweise auf einem PolyäthylenUberzug als Grundlage mittels Klebmittel verschiedene, feinteilige oder pulverige Substanzen z.B. vorgenannter Art oder aas Tonerde, Karborund usw. ablagern und

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dadurch neuartige, oberflächenmodifizierte Gebilde schaffen.

Man kann auch mit organischem Harz als Grundlage für die Teilchenablagerung auf den Polyurethangebilden Körper aus gleichen oder verschiedenen Sohleifsubstanzen, Pigmenten wie TiOp₁ Fasern und dergl. schaffen. Mit den erfindungsgemässen Gebilden kann man fernerhin z.B. Scheuerkissen, deren Harzüberzug Sahleifmaterial enthält .,oder oberflächenmodifiziert ist, fernerhin Luftfilter ™ für Vergaser allgemein und für "Ableit"-Gase, Kissen, Matratzen, Polsterungen usw# herstellen.

Erfahrungsgemäß lassen sich Filterungs-, Verformungs- und sonstige Probleme, wie sie bei Polyurethan auftreten, ebenfalls durch praktisch netzstrukturierte Gebilde aus organischem Kunstharz lösen, die man durch Umkleiden netzstrukturierter Polyurethangebilde mit einer netzwerkähnlichen KunstharzumhUllung herstellt. Die erfindungsgemässen Gebilde gestatten auch die Schaffung verdichteter Massen von guter Porosität und Durchlässigkeit und dennoch hoher Strukturfestigkeit. Es wurden bereits Verdichtungen vom 2- bis 15-fachen des ursprünglichen Volumens erzielt.

Die physikalischen Eigenschaften der erfindungsgemässen Verbundgebilde unterscheiden sich unerwarteterweise von denen des Polyurethanmaterials. Beispielsweise besitzen die Rippen der erfindungsgemässen netzstrukturierten Gebilde elliptischen Querschnitt, wobei z.B. im Falle eines Körpers mit 4 Poren je cm und einer Beschichtung mit 267 % Kunstharz der Mittelwert für den Rippendurch-

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x —2

messer längs der grössten Achse 5,1 χ 10 cm und längs der

kleinsten Achse 4,7 χ IO cm beträgt. Die Rippen von Polyurethanschaumstoffen andererseits besitzen einen Querschnitt etwa in Form eines konkav geballten, gleichseitigen Dreiecks,

Mit wärmeaushärtenden Harzen beschichtete Gebilde zeigen sogar noch günstigere physikalische Eigenschaften bezüglich Strukturfestigkeit. Dies zeigt die folgende Tabelle, in der die ■Vergleichsergebnisse von bei 25° C vorgenommenen Druckversuchen an Proben ^ aus netzstrukturiertem Polyurethanschaumstoff, die 4 Poren je cm aufweisen und mit den verschiedenen , angegebenen organischen Harzen beschichtet sind.

Tabelle

Harzauf- Druckfestig- Durchbiegung nähme (%) keit (kg/cng) (ti)

Unbeschicnteter, netzstrukturierter Poly- . urethanschaumstοff
mit 4 Poren je cm 0 0,023 7

Chlorierter Polyester
(wie er unter dem geschützten Wärennamen
"Penton" im Handel ist) 258 1,41 - . I5

258	1,41
173	1,83
315	4,64

Polyamid (Nylon NCA 77) 173 1,83 8

Epoxyharz (ECA-I283) 315 4,64 7

Die folgenden ^Beispiele erläutern die Erfindung bezüglich Durchführung und Erzeugnissen, ohne sie irgendwie bezüglich Schutzumfang zu beschränken.

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'■.-■"■■■ - 28 -

Seispiel 1 I

Ein etwa 50 x 50 x 25 mm grosses Stück netzstrukturierter Poly- " J urethanechaurastoff mit etwa 4 Poren/cm wurde in eine ftthylenvinyl- \. acetat-Emulsion (Handelstyp "Flexbond") mit 5 % Gesamtfeststoff eingetaucht und mit ihr durchgewalkt, um alle eingeschlossene Luft zu entfernen und die ganze Schaurastoffoberfläche mit Sicherheit vollständig zu benetzen. Nach dem Herausnehmen wurde die Probe ablaufen gelassen und das Überschüssige Klebmittel ausgeschüttelt. Danach wurde pulverisiertes ¹¹B"-Zustands-Epoxyharz, wie es unter " dem geschützten Handelsnamen "Corvel", Type ECA-1283 im Handel ist, mit einer Teilchengrösse entsprechend DIN II7I- Sieb Nr. 24 (60 , U.S.-mesh) in. folgender Weise als Überzug auf die Schaumstoff- ■ ·

■die Probe wurde s

oberfläche aufgebracht»/in eine Flachschüssel gesetzt, deren ;

Boden mit einer Schicht Kunstharzpulver bedeckt war, und nach dem Durchflutungsverfahren so gründlich eingestäubt, dass seine Poren praktisch vollständig mit Harzpulver gefüllt waren, wieder

aus der Wanne herausgenommen , und schliesslich nach allen Seiten \ hin gedreht und leicht beklopft, um überschüssiges Harzpulver zu j

entfernen. ;

Die so mit dem Harzpulver überzogene Probe wurde daraufhin in einen \.

. V

Ofen Überführt und 10 Minuten lang auf 220° C erhitzt, um das i Kunstharzpulver auf der Schaumstoffoberfläche auszuschmelzen und 1 auszuhärten.

Beispiel 2

Beispiel 1 wurde mit der Abwandlung wiederholt, dass ein Epoxyharz verwendet wurde, das 10 Gew.-$ Glasfasern in Form der Handelstype "milled Fiberglass 70I" der Firma Owens-Corning von etwa 9u

T 0982 1 / 1 87 2 bad origjnal" ²⁹ "

Durchmesser und etwa 800 u Länge der Einzelfasern enthielt. Der Harzüberzug betrug 365 Gew.-^ der Schaumstoff-Unterlage. Die so mit Epoxyharz und Glasfaser beschichtete Probe hielt eine Druckbelastung von etwa 0,28 kg/cm bei 232° G unter vernachlässigbarer Durchbiegung aus.

Beispiel 3

Beispiel 1 wurde mit der Abwandlung wiederholt, dass der Klebmittelauftrag zunächst an der Luft getrocknet wurde _t um der Schaumstoffoberfläche Trockenklebrigkelt zu verleihen, und als Kunstharz ein "B^-Zustand-Phenolharz (Handelstype BRP-4435 der Union Carbide Corporation) mit 99 u mittlerer Teilchengrösse verwendet wurde. Da Phenolharze beim Aushärten vom "B"- in den "A"-Zustand Wasser abgeben, musste das Harz in mehreren, nämlich vier dünnen Lagen aufgetragen werden, um während des Ausschmelzens und Äushärtens der Einzellägen eine Blasenbildung durch den Wasserdampf zu verhindern, jede Lage wurde 15 Minuten lang auf I50 C erhitzt. Die so erhaltene Phenolharz-Beschichtung wog 177 % <Ser ursprünglichen ( Schaumstoffunterlage. . -

Beispiel 4

Beispiel 1 wurde mit der Abwandlung wiederholt, dass als Beschiehtungsharz ein pulverisiertes ⁿB"-Zustand-Polyesterharz (wie es unter dem geschützten Warennamen "Alkanex" Type 1000 von der Firma General Electric Corporation vertrieben wird, mit 99 ji mittlerer TeIlchengrösse verwendet wurde. Wegen der Wasserempfindlichkeit einiger Harzbestandteile wurde wie in Beispiel 3 ein luftgetrocknetes Klebmittel angewendet und das Harz zwecks Erzielung ausreichender

10 9 82 1/18 7 2 *~—"*' """"*

■ BAD ORIGINAL

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Überzugs stärke in vier Lagen aufgebracht und je Einzellage 15 Minuten lang bei Γ50⁰ C verschmolzen und ausgehärtet. Die endgültige Beschichtung wog 266 % des ursprünglichen Gewichts der Grundlage.

Beispiel 5

Ein Polyurefehanschaumstoff$ der durch explosive Zersetzung eines Acetylen-Sauerstöff-Gemisehes netzstrukturiert worden ist, besitzt " eine glasig aussehende Oberfläche, die nicht mit aufgebrachtem

Polyäthylen zusammenwirkt. Vielmehr führt eine Reckung des beschichteten Schaumstoffs zu einem Losewerden und an dünnen Überzugsstellen sogar zu einem Ablösen des Harzes.

Beispiel 6

Zur Veranschaulichung der ausgezeichneten strukturellen Möglichkeiten j4jex von erflndungsgemäss hergestellten porösen Materialien wurde ein Verbunclgebilde mit hohem Festigkeits-Gewichts-Verhältnis ) in der Weise hergestellt, dass man eine etwa 25 mm starke Lage epoxyharzbeschichtetem, netzstrukturiertem Polyurethanschaumstoff zwischen zwei quadratische 0,4 mm starke Aluminiumbleche einfügte und das Verbundgebilde im Ofen unter leichtem Druck auf vorgegebene Stärke brachte und aushärtete. Das kaum über 26 mm starke Verbundgebilde wog je Quadratmeter nur 4,1 kg. Eine Probeplatte aus ihm konnte trägermässig ohne merkbare Durchbiegung mit etwa 9I kg belastet werden.

Beispiel 7-

^% ■ 2
Eine etwa Ho cm grosse Platte aus netzstrukturiertem Polyurethan-

1 0 9 8'2 1 / 1 8 7 2 ' ^8AD OPJGiNAL

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schaumstoff mit etwa 4 Poren je cm wurde mit einem Epoxyharz beschichtet;^ mit dem auch ungefähr gleichzeitig zwei gleichgrosse und etwa 0;4 mm starke Aluminiumbleche Je einseitig bedeckt wurden· Diese Bleche wurden je mit der Harzschicht an die Schaumstoffplatte angelegt, und das Verbundgebilde wurde in einem Ofen unter leiehtem-Druck auf vorgegebene Stärke gebracht und ausgehärtet, wodurch eine feste Leichtbauplatte entstand.

Beispiel 8

Eine etwa 32 χ 57 χ 76 mm grosse und 8,6462 g schwere Probe einer phenolharzbeschichteten und glasfaserverstärkten Wabehkonstruktion wurde unter Verwendung des in Beispiel 3 beschriebenen, luftgetrockneten Klebmittels mit pulverförmiger Epoxyharz beschichtet, und zwecks Harzausschmelzung 3 Minuten lang in einem Öfen mit einem 230° G heissen, die Wabenkanäle längs durchziehendem Luftstrom behandelt, um grösstmögliche Wärmeübertragung zu gewährleisten» Die beschichtete Probe wog 21, 4239 S# was einer Beschichtung von 148 # entspricht. Das Gebilde wurde durch die Beschichtung weitgehend verstärkt und versteift,

Beispiel 9

Eine etwa 152 χ 76 χ 25 mm grosse und 4,0 g schwere probe einer Glasfasermatte, wie sie für Ofenfilter verwendet wird, erhielt gemäss Beispiel 3 einen zweilagigen Überzug aus Polyamid (wie es unter der geschützten Warenbezeichnung "Corvel NCA-77-12 Nylonpulver" von der Firma The Polymer Corporation, Reading, Pa«, geliefert wird), jede Schicht wurde 5 Minuten lang bei 204° C aufgeschmolzen. Das endgültige Gewicht betrug 46,4 g entsprechend einer Beschichtung

vonlo₅5,. 1098.21/1872 ^

Eine weitere Probe wurde mit Epoxyharz der Handelstype "Corvel ECA 1283" überzogen und ergab eine Beschichtung von 8^3 <£. Eine weitere Probe wurde mit Polyesterharz, wie es unter dem geschützten Warennamen"Alkanex IOI3" von der Firma General Electric Company geliefert wird, überzogen und zeigte eine Beschichtung von 14O? $.

Diese Beschichtungen bewirkten ein Verkleben der Kreuzungspunkte in den Glasfasermatten, durch das ihre Elastizitäts- und Belastbarke its -Eigenschaf ten beträchtlich verbessert wurden.

Beispiel 10

Proben aus ölfreier Stahlwolle (Typ Nr. 3 der American Steel Wool Mfg. Co., Long Island City, New York) wurden wie in Beispiel 9 beschichtet und ergaben Überzüge aus 82 % Epoxyharz, 83 % Polyamid, 112 % Polyester bezw. I9 % Polyäthylen, durch die die Kreuzungspunkte in der Stahlwolle verklebt und deren Elastizität und Belastbarkeit beträchtlich verbessert und gleichzeitig Korrosionsschutz erzielt wurde.

Beispiel 11

152 x 152 grosse Proben von Stahlmaschensieb.mit 2 mm-Mäschenweite (10 U.S.-mesh) wurden gemäss Beispiel 3 mit verschiedenen Kunstharzen beschichtet.

Probe Beschichtung Typ Hersteller Aushärte- Anzahl Be-

zeit der sohich-

Schich- tung

_m . . _mtmmi (min)(°C) ten in %

1 Kthylenvinyl- DOPA-38OO Union Carbide 5 I65 2 l8 acetat-Copolymer

2 Polypropylen PA-473 Hercules 10 I80 4 18

3 Schwer-Poly- DMPA-7335 Union Carbide 5 180 4 22 äthylen 10 9 8-21/1872 - - —-*

ÖAD ORiGINAL -

Probe Beschichtung Typ Hersteller Aushärte- Anzahl Be-

zeit der schich-

(min)(⁰C) Schich- tung . ten in %

4	Polyamid	NCA-77	Polymer	Corp.	4	200	CVl	8
5	Chloriertes Po Iy ät her	Corvel			10	225	2	19
6	Epoxyharz	ECA-1283	Polymer	Corp.	10	225	3	20

Derart behandelte Siebe sind gegen zahlreich verschiedene starke Säuren, Alkalien und Oxydationsmittel beständig.

Beispiel 12

Eine 57 χ 57 χ 25 mm grosse und 2,0 g schwere Probe aus netzstrukturiertem Polyurethanschaumstoff mit 4 Poren je cm wurde gemäss Beispiel 3 mit Epoxyharz (Type ECA I283) beschichtet und wog nach 15 Minuten langem Aushärten,bei 230° C,6,8 g* Sie wurde dann zwecks Pyrolisierung zwei Stunden lang auf 300° C erwärmt, und wog dann nur noch 4,8 g. Dieses GebiJ.de erhielt dann gemäss Beispiel 3 einen dreilagigen überzug aus pulverförmiger!! Fluor-Äthylenpropylen-Copolymer (wie es unter dem geschützten Warennamen "Liquinite" Type P 160 von der Firma Liquid Nitrogen Processing Co., Malvern,Pa., als pulverisiertes FEP-"Teflon"-Produkt von Du Pont geliefert wird), der 137 % vom Orundgewicht ausmachte.

Dieses Gebilde ist selbst bei höherer Temperatur gegen starke Säuren und Alkalien sowie Oxydationsmittel beständig und würde sich daher besonders gut für unter äusserst korrodierenden Bedingungen betriebene chemische Anlagen eignen .

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Beispiel 13

Eine Probe aus netzstrukturiertem Polyurethanschaumstoff rait 4 Poren je cm wurde gemäss Beispiel 1 mit einem dreilagigem Überzug aus einem Gemisch aus 95 % Epoxyharzpulver (Type ECA-I283 der Firma Polymer Corporation) und 5 % Flockengraphit (Type 280 der Firma Asbury Graphite Mills, Asbury, Warren County, New Jersey) beschichtet, Die endgültige Beschichtung betrug 343 %.

Das so beschichtete Gebilde hielt bis zu etwa 3IO⁰ C eine Druck-

2
belastung von 0,28 kg/cm aus, während ein ähnliches, aber nicht verstärktes Gebilde bei 295° C versagte.

Aus der vorangehenden Beschreibung ist es ersichtlich, dass die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung zahlreich verschiedener neuartiger Gebilde aus physikalisch hochqualifizierten Fremdstoffen in der Gestalt von Gebilden aus sehr billigen und minderqualifizierten Stoffen ermöglicht, die überdies bei höherer Temperatur gute Strukturfestigkeit besitzen und zwecks verschiedenartiger industrieller Ausnutzung weiterbehandelt werden können.

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Claims

P atent ans prüc he

1. Poröses Gebilde, gekennzeichnet durch eine zusammenhangende Aussenbeschichtung aus einem organischen Kunstharz und einen

zentralen Kern eines Materials, welcher selbsttragend ist und bei einer oberhalb der Harzschtnelztemperatur liegenden Temperatur eine vorgegebene Form beizuhalten vermag, wobei das Gebilde eine Vielzahl von zur Aussenluft hin offenen Zellen aufweist und seine gesamte an freier Luft liegende Oberfläche mit der zusammenhängenden Beschichtung überzogen ist*

2. Gebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Harz ein thermoplastisches Harz ist,

3. Gebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Harz ein wärmeaushärtendes Harz ist.

4. Gebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet

durch eine Vielzahl von benachbarten Langzellen mit mindestens einem offenen Ende und mehreckigem Querschnitt, die eine Wabenstruktur festlegen«

5. Gebilde nach einem der Ansprüche 1 bis J, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen ein Netzwerk aus einer Vielzahl von durch

verdickte Knoten innig verbundenen Rippen bilden und eine Vielzahl von polyederföttnigen Hohlräumen umreissen.

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SAD ORIGINAL

6. Gebilde nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zusammenhängende Aussenbeschichtung

Fasern aus einem andersartigen Material, einen körnigen Füllstoff und/oder ein in das Harz eingebettetes Pigment enthält.

7. Gebilde nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zusammenhängende Aussenbeschichtung

an ihrer Oberfläche anhaftende Fasern oder Materialteilchen enthält

8. Gebilde nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des zentralen Kerns aus

Polyurethan besteht.

Verfahren zur-Herstellung eines porösen Gebildes mit vielen, sämtlich zur Aussenluft hin offenen Zellen, dadurch gekennzeichnet, dass man vorübergehend feinteiliges organisches Harz an die Oberfläche eines Kernmaterials anheftet, das selbsttragend ist, bei oberhalb der Harzschmelztemperatur liegender Temperatur eine vorgegebene Form beizubehalten vermag und eine Vielzahl von nach der Aussenluft hin offenen Zellen aufweist, und dass das harzbehaftete Gebilde einer über der Harzschtnelz- und unter der Kernmaterialschmelz- und Zersetzungstemperatur liegenden Temperatur ausgesetzt wird, so dass das Harz zu einer glatten, zusammenhängenden, die Gesamtoberfläche des Kernmaterials bedeckenden Beschichtung ausgeschmolzen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein thermoplastisches Harz verwendet wird.

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11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein wärmeaushärtendes Harz verwendet wird und das Gebilde

nach erfolgtem Ausschmelzen des Harzes auf zur Harzaushärtung ausreichender Temperatur gehalten wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass man das feinteilige organische Harz in der

Weise auf die Oberfläche des Kernmaterials aufbringt, dass man sie mit einer Bindeflüssigkeit befeuchtet und derart mit dem Harz in Pulverform bestäubt, dass praktisch die Gesamtoberfläche des Kernmaterials gleichmässig bedeckt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zusammen mit dem feinteiligen thermoplastischen

Harz zusätzliches Material, wie Pasern eines andersartigen Materials, ein körniges Füllmittel und/oder feinverteiltes Pigment, vorübergehend an die Kernmaterialoberflache anheftet.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das verwendete Kernmaterial ein Wabengefüge

aufweist, das durch eine Vielzahl von einander benachbarten Zellen mit je mindestens einem offenen Ende und mehreckigenj Querschnitt umrissen wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis I3.» dadurch gekennzeichnet, dass das verwendete Kernmaterial ein Netzwerkgefüge

aufweist, das durch eine Vielzahl von durch verdickte Knoten, innig verbundenen und mehrere polyederförmige Hohlräume umreissenden

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Rippen gebildet ist.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis I5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernmaterial aus Polyurethan besteht.

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