DE1704531C - Verfahren zur Herstellung von spezifisch leichten Kunststoffkörpern - Google Patents

Description

c) vor der Wärmeeinwirkung durch Pressen zu Es ist schon versucht worden, Hohlzellstrukturen flächig aneinander anliegenden Polyedern 35 in der Weise herzustellen, daß eine Mischung von verformt werden. starrwandigen Hohlkugeln und flüssigem, aushärt-

barem Bindemittel in einem Formhohlraum einge-

bracht wurde, der mit einer die Schale des Zellstruktur-Baukörpers bildenden Folie ausgekleidet war. 30 Die genannte Hohlkugelmasse wurde im Formhohl-

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur raum einem Preßdruck ausgesetzt, der so lange aufHerstellung von spezifisch leichten Kunststoffkörpern, rechterhalten wurde, bis das Bindemittel ausgehärtet bestehend aus rundlichen Zellkörnem, die durch eine war. Dabei war angestrebt, daß die Hohlkugeln eine Feststoffteilchen enthaltende, erhärtete Bindemittel- polyedrische Struktur durch das Pressen einnehmen, masse verbunden sind, durch Mischen der Zellkorner 35 Es hat sich erstens gezeigt, daß es nicht leicht ist, mit dem Bindemittel und den Feststoffteilchen und stabile Hohlkugeln massenweise zu tragbaren Kosten anschließendes Aushärten der Mischung aus um- herzustellen und zweitens, daß die Hohlkugeln durch mantelten rieselfähigen Zellkörnem in einer Preß- Aneinanderpressen nicht die gewünschte polyedrische form unter Einwirkung von Druck und Wärme. Struktur einnehmen und Zellwände dieser Form aus

Ein wirtschaftlich und technisch bedeutendes An- 40 dem aushärtbaren Bindemittel bilden. Bei der Verwendungsgebiet für spezifisch leichte Kunststoffkörper wendung glattwandiger und einigermaßen formstabider genannten Art, wie sie durch die vorliegende Er- ler Hohlkugeln neigt die flüssige Bindemittelmasse findung verbessert werden sollen, sind insbesondere dazu, beim Aneinanderpressen der Hohlkugeln von Formkörper, Platten und Fertigbauteile für Leicht- den Anpreßstellen in die frei bleibenden Hohlräume bauzwecke. Diese Bauteile sollten ein spezifisches 45 auszuweichen, so daß die Verbindung zwischen den Gewicht in der Größenordnung von 0,1 bis 0,3 g/cm^:l, Hohlkugeln ungenügend fest wurde und eine polyeine entsprechend vorzügliche Wärmeisolierung, nicht edrische Struktur des Bindemittels nicht erreicht zuletzt aber eine relativ hohe Eigenfestigkeit und wurde.

Formstabilität haben, die auch bei übernorinalen Es ist ein Verfahren der eingangs genannten Art

Temperaturen erhalten bleibt. Die Festigkeitseigen- 50 zur Herstellung von Verbundbauteilen bekanntge-

schaften solcher Bauteile bzw. Kunststoffkörper soll- worden, bei denen zwischen festen Außenschichten

ten etwa denjenigen von Faserstoll-Kunstharzpreßlin- ein leichter, zellig strukturierter Stützstoff erhalten

gen, Beton- oder Ziegelstein-Wänden entsprechen. wird. Dieses bekannte Verfahren sieht vor, daß Hohl-

Es ist bekannt, daß solche Anforderungen grund- perlen aus Ton, Phenolharz, Glas od. dgl. zunächst sätzlich am besten durch Hohlzellstrukturen bzw. 55 mit feinem Metallpulver als Feststoffteilchen verdurch Verbundbaukörper mit äußeren festen und mischt, dann ein flüssiges Bindemittel, wie Silicondichten Schalen und einer oder mehreren inneren harz, Phenolharz, Epoxydharz od. dgl. zugemischt Hohlzcllslruktur-Füllungcn, gegebenenfalls mit und unter dauernder Bewegung der Mischung ge-Armierungseinlage, erfüllt werden können. trocknet bzw. ausgehärtet wird, um eine lagerfähige,

Bekannte Hohlzellstruktur-Verbundbaukörper ent- 60 lose Masse von mit einem Gemisch von erhärtetem halten /.. ti. innere Hohlwabcn-Strukturen, bestehend Bindemittel und Metallpulver ummantelten Hohlperaus vorgelalteten und streifenweise verbundenen len zu erhalten. Dieses wird dann unter Beimischung Karton-Kunststoff- oder Mctallfolien zur Bildung von zusätzlichem, die Zwischenräume füllendem von verbundenen Suchskant-Hohlrohren, deren vor- Bindemittel und Metallpulver in einer Preßform zu her offene Stirnenden mit Außenschalen oder irgend- 65 dem Stützstoll verpreßt. In einer Abwandlung kann welchen Zwischenlagcn verleimt sind. Abgesehen da- das Metallpulver zunächst auch dem Bindemittel beivoii, daß derartige Wabenstrukturn! nur gegen Zug- gemischt werden, bevor dieses den Hohlperlen zuge- und Druckkräfte in Richtung der Wabenachsen, aber geben wird.

1 704^31

3 4

Neben der relativ teuren Herstellung der Hohl- eine innige, wasserfeuchte Mischung aus kleinteihgen

perlen ist es zeitraubend und mühsam, nach diesem blähfähigen thermoplastischen Kunststoffen und

Verfahren eine lose, rieselfähige Masse von Hohl- hochmolekularen, als Bindemittel wirkenden Stoffen

kiigelchen zu erhalten, die mit einer Mischung von in eine gasdurchlässige Form einzubringen und in

erhärtetem Bindemittel und darin verteilten Feststoi- 5 einem elektrischen Hochfrequenzfeld zu erhitzen und

partikeln umhüllt sind, um ein transportfähiges Zwi- dadurch aufzublähen. Durch das Aufblähen entstehen

schenprodukt für die Herstellung der Verbundbau- keine die geblähten Kunststoffteilchen vollständig

körper zu erhalten. Die nach dem bekannten Verfah- umgebenden Bindemittelstrukturen bzw. Wände.

ren umhüllten Hohlkügelchen sind hart und spröde, Schließlich ist ein Verfahren zur Herstellung von

so daß bei ihrem Zusammenpressen darauf geachtet io geformten Kunstharzleichtstoffen aus zerkleinertem

werden muß, daß sie nicht unter zu hoher Druckein- Kunstharzschaum insbesondere zur Verwendung an

wirkung zerstört werden. Besonders nachteilig ist je- Stelle von Gipsbinden bekanntgeworden, bei dem aus

doch, daß keine ideale Zellstruktur mit polyedrischen, einem Gemisch aus einem pulverförmigen, zu Harzen

also flächig aneinander anliegenden Zellkammern, die härtbaren Kondensationsprodukt, zerkleinertem

miteinander durch überall gleich dicke bzw. mög- 15 Kunstharzschaum und einer Dispersion oder Lösung

liehst dünne Wände verbunden sind, erhalten wird, eines natürlichen oder künstlichen, nicht härtbaren

sondern eine erhärtete Bindemittelmasse, in die kuge- Film bildenden Bindemitteis in Flüssigkeiten, welche

üäe Zellkammern unregelmäßig verteilt eingelagert das genannte Gemisch nicht quellen, die Flüssigkeit

fnd. Wird kein zusätzliches Bindemittel zur Ausfül- verdampft und die erhaltene getrocknete poröse

;;,T.g der Zwischenräume eingeblacht, verbleiben so Masse unter entsprechender Formgebung vor oder

.',ticken unkontrollierbarer Form, da die Hohlperlen während des Härtens gepreßt wird. Eine polyedrische

-/,-.-lbst nicht nachgeben, oder bei Ausfüllung der Lük- zellige Struktur als tragendes Element wird nicht er-

xen mit zusätzlichem Bindemittel wird das spezifische reicht.

Gewicht des erhaltenen Produktes nicht optimal Der Erfindung liegt, ausgehend von einem Verfah-

rjedrig. 25 ren der eingangs erwähnten Art, die Aufgabe zu-

Die angestrebte polyedrische Zellkammerstruktur gründe, einen spezifisch leichtert Kunststoffkörper entsteht auch nicht bei einem weiteren bekannten hoher mechanischer Festigkeit und geringen spezifi-Verfahren zur Herstellung von Formkörpern hoher sehen Gewichtes auf wirtschaftlich tragbare Weise mechanischer Festigkeit, bei dem Teilchen aus porö- herzustellen, der aus polyedrischen, im wesentlichen son Styrolpolymerisaten oder fertige Formkörper aus 30 gleich starken, tragenden Zellwänden aus erhärtetem Styrolpolymerisaten mit Gießharzmischungen über- Bindeharz mit die Eigenschaften des Körpers beein-/ogen werden. Dadurch wird lediglich die Stabilität flussenden Zuschlagstoffen besteht.
des Polystyrols erhöht. Beim Zusammenlagern der Zur Lösung dieser Aufgabenstellung wird, aus-Polystyrol-Polymerisat-Teilchen entsteht durch das gehend von einem Verfahren der eingangs genannten die Teilchen umgebende Gießharz allenfalls ein 35 Art, die Kombination folgender Verfahrensschritte Knotengitter aus ausgehärtetem Gießharz, da dieses vorgeschlagen:
bestrebt ist, in die sternförmigen Hohlräume zwischen den Teilchen auszuweichen. a) daß als Zellkörner nachgiebige Korner aus ge-

Entsprechend ist es bekannt, durch Verwendung schäumtem Kunststoff mit flüssigem Bindemittel von Bindemitteln bzw. Zwischenschichten mit flamm- 40 vollständig benetzt werden,
widrigen Zusätzen und geblähten Polystyrol-Schaum- b) anschließend Feststoffteilchen in der Größenstoffkörnern Schaumstoffstrukturen zu schaffen, die Ordnung der gewünschten Zellwandstärke bis gewisse feuerhemmende Eigenschaften im Vergleich zur vollständigen Bedeckung der benetzten ZeIlzu reinen Schaumstoff-Strukturen zeigen. Dabei sind körner beigemischt werden und die so erhaltedie Zwischenschichten auch schon mit pulverförmi- 45 nen rieselfähigen, doppelt ummantelten Schaumgen Stoffen, die die feuerhemmenden Eigenschaften Stoffkörner

aufweisen, überzogen worden. Die Schichten werden _c) _vor d_er Wärmeeinwirkung durch Pressen zu dabei bereits vor dem Blähen der Schaumstoffkörner flächig aneinander anliegenden Polyedern veraufgebracht, so daß beim expandierenden Blähen formt werden.

diese Überzugsschichten zerreißen und somit kein 50 .

Strukturbauelement bilden. Durch dieses Verfahren erhält man eine ideale

Zur Herstellung von Bauelementen mit niedrigem Zellkammerstruktur mit polyedrischen, geschlossenen spezifischen Gewicht ist es bekannt, kleinteilige Zellkammern, deren überall gleich dünne Wände aus poröse thermoplastische Kunststoffkörner mit in sich erhärtetem Bindeharz und darin dispers eingebetteten geschlossenen Poren und die kein oder höchstens ein 55 Feststoffpartikeln bestehen. Dabei werden die Zellgeringes Wasseraufnahmevermögen besitzen, mit wanddicken durch die Durchmesser der Feststofiparwasserhaltigen Bindemitteln, wie Zement, Gips und tikeln bestimmt, die sich beim Zusammenpressen der Mörtel, zu vermischen, zu formen und abbinden zu Schaumstoffkörner in deren nachgiebigen Oberflächen lassen. Die an Stelle bisher verwendeter poröser Ton- verankern, so daß das flüssige Bindemittel, das durch kügelchen verwendeten Schaumstoffkörner dienen 60 die Feststoffteilchen vollständig benetzt ist, beim Zuallein als Leichtstoff-Füllkörper. Eine bestimmte sammenpressen der mit Bindemittel und Feststoff-Struktur des Bindemittels wird nicht erhalten. Außer- teilchen doppelt ummantelten Schaumstoffkorner dem erscheint es zweifelhaft, daß die Herstellung die- nicht seitlich ausweichen kann, sondern die gcser Bauelemente leicht möglich ist, da die leichten wünschten polyedrischen, etwa gleich starken ZeIl-Schaumstoffkörper vor Erhärtung des Bindemittels 65 kammerwände stehenbleiben. Entscheidend für das zum Schwimmen auf diesem neigen. Verfahren bzw. das damit zu erzielende Produkt ist

Auch ist es bekannt, zur Herstellung von porösen somit, daß die verwendeten Zellkorner nachgiebige

Formkörpein aus thermoplastischen Kunststoffen Körner, beispielsweise aus bereits geschäumtem Poly-

5 6

styrol, sind, die beim Verpressen zu polyedrischen beispielsweise nach dem Prinzip der Diathermie-Körpern verformt werden können, und daß die Fest- Geräte im hochfrequenten elektrischen Wechselfeld. Stoffteilchen in der Größenordnung der gewünschten Das Verfahren gemäß der Erfindung wird an Hand Zellwände liegen, so daß ein Ausweichen des Binde- der Zeichnungen näher erläutert. Es zesgt
mittels beim Verpressen verhindert ist. 5 F i g. 1 ein Beispiel für die Ausführung des ersten

Als Feststoffteilchen der gewünschten Größenord- Verfahrensschrittes gemäß Merkmal a),

nung und die Eigenschaften des Körpers beeinflus- Fig. 2 ein Beispiel für die Ausführung des zweiten

sende Zuschlagstoffe kommen die verschiedensten Verfahrensschrittes gemäß Merkmal b),

Werkstoffe, wie Natur- oder Kunststoffe, in Betracht. F i g. 3 im Schnitt die Herstellung des Kunststüff-

Für die Erzielung des gewünschten Effektes kommt io körpers in einer Preßform gemäß Merkmal c),

es auf den Durchmesser der Feststoffpartikeln an. Fig. 4 im Ausschnitt eine vergrößerte Schnittan-

Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren her- sieht der erzielten polyedrischen Hohlzellstruktur,
gestellter zellig strukturierter Kunststoffkörper hat Gemäß F i g. 1 werden in einen gegebenenfalls mit eine vorzügliche Festigkeit und Formsteifigkeit in einem nicht dargestellten Rührwerk versehenen allen Beanspruchungsrichtungen, die mit derjenigen 15 Mischbehälter 1 aus einem Gefäß 2 geblähte PoIyvon Beton und Ziegelsteinen vergleichbar ist. Dabei styrolkörper 20 von rundlicher Form und einem hat der Körper ein sehr geringes Raumgewicht und Litergewicht von etwa 5 bis 10 g eingebracht. Ihr ein entsprechend geringes Wärmeleitvermögen, so- Durchmesser wird im Mittel 3 bis 6 mm betragen, fern ein qualitativ hochwertiges und mindestens bis Auf etwa 10 bis 15 1 solcher Polystyrolkörner werden zu Temperaturen bis zu 200 bis 300° C beständiges ao aus einem Gefäß 3 als Bindemittel eine Menge von Bindemittel für die Herstellung der Zellkammer- etwa 250 bis 300 g Epoxydharz-Flüssigkeit mit vorwände verwendet wird. Auch übernormale Umge- geschriebenem Härterzusatz zugemischt und das Ganze bungstemperaturen und intensive Sonneneinstrahlung innig vermischt, bis alle Polystyrolkörper gleichmäßig auf einer Seite des Körpers beeinträchtigen nicht mit einer Bindemittelschicht 30 benetzt sind. Es werseine Festigkeit und Formstabilität. Die für die Her- 25 den je nach der Menge des zugesetzten flüssigen stellung der polyedrischen Struktur notwendigen nach- Bindemittels und je nach dessen Zähigkeit dünnere gjebigen, vorzugsweise aus Polystyrol bestehenden oder dickere Bindemittelschichten auf den Polystyrol-Körner haben für den fertigen Kunststoffkörper keine körnern erzeugt. Im Mittel kann diese Bindemitteltragende Funktion. Sie sind für die Bestimmung der Schichtdicke etwa 0,08 bis 0,25 mm betragen. Gemäß Wärmeübergangseigenschaften aber erwünscht. 30 F i g. 2 wird anschließend aus einem Sack 4 in den

Da bei der Aushärtung von Epoxydharzen zusatz- Mischbehälter 1 eine Menge von feinkörnigem Quarz-

lieh Wärme frei wird und diese Wärme von den Poly- sand 40, eventuell auch von anderen) Mineralsand.

styrolkörnern nur sehr langsam aufgenommen wird z. B. imprägniertes Kreidepulver, oder auch Metall-

und dabei wegen der kleinen Wärmekapazität der pulver, z. B. Aluminiumpulver, einer Korngröße von

Körner relativ schnelle Temperaturanstiege bewirkt 35 0,05 bis 0,25 mm, beigemischt, welche ausreicht, um

werden, genügt es vielfach, eine gepreßte Masse der die mit flüssigem Bindemittel benetzten Polystyroi

doppelt ummantelten nachgiebigen Körner von außen körner 10 vollständig mit einer äußerlich trockener

her zu erwärmen. Schicht 40 zu umhüllen, deren Feststoffteilchen ein

Es ist ohne Schwierigkeiten möglich, in die zu ver- zein im Bindemittel 30 kleben.

pressende Masse aus doppelt ummantelten Zeilkör- 40 Die so hergestellten doppelt ummantelten line¹

nern relativ zu den Körnern gTÖßer dimensionierte rieselfähigen Polystyrolkörner mit der Bindemittel -

Einschlußkörper aus spezifisch schwererem Material schicht und den anhaftenden bzw. zum Teil eingebet-

einzubetten und beim Verpressen mit der entstehen- teten Feststoffteilchen werden in einem durch "I:

den Hohlzellstruktur zu integrieren. Es ist dabei an zusammenpassenden Formteile Sl, 52 gebildet

Deckmaterialien in Gestalt von Platten, Blechen oder 45 Formhohlraum eingebracht. In der Form sind bei <.u

Folien und an Verbindungskörper, z. B. Türbeschlag- gezeigten Ausführung übereinander ein unteres Dec!

teile, Schraub- bzw. Steckorgane, Stütz- oder Armie- blech 61, Kernrohre 62, die Füllmasse 60 aus dop

rungskörper gedacht. Überhaupt sind beim Verpres- pelt ummantelten Polystyrolkörnern sowie ein oberc-

sen und Aushärten praktisch alle bekannten Maß- Deckblech 63 eingebracht. Die Deckbleche 61, 63

nahmen der Formpreßtechnik anwendbar. 50 sind vorher auf der der Füllmasse zugewandten Seite

Mit einem Durchmesser von etwa 0,1 mm der mit Bindemittel benetzt. Der Forminhalt wird auf

Feststoffteilchen wird man unter Verwendung von weniger als die Hälfte des ursprünglichen Volumens

verhältnismäßig wenig Bindemittel auch eine Durch- zusammengepreßt. Für den Fall, daß eine sehr hohe

schnittsdicke der Wände der polyedrischen Hohlzell- Festigkeit des Endproduktes nicht verlangt wird, ge-

struktur von dieser Größenordnung und damit eine 55 nügt ein Zusammenpressen bis auf 75 bis 70% des

gute mittlere Festigkeit derselben erreichen. Bei Ver- ursprünglichen Volumens. Die elastisch nachgiebi-

wendung von feinstkörnigem Feststoff (Mehl) und gen, doppelt ummantelten Polystyrolkörner werden

noch knapperer Bemessung der flüssigen Bindemittel- dabei zu flächig aneinander anliegenden Polyedern

menge ergibt sich eine entsprechend geringere, leich- verformt. Dabei wird das plastisch flüssige Binde-

tere, auch auch weniger widerstandsfähige Hohlzell- 60 mittel 30 zwischen den Feststoffteilchen 40 heraus-

struktur. Umgekehrt führt die Verwendung von Fest- gepreßt, so daß die Feststoffteilchen 40 vollständig in

Stoffteilchen gröberer Körnung, z. B. 0,2 bis 0.4 mm, das Bindemittel 30 eingebettet werden. Anderer-

und von etwas zäherem Bindemittel in größerer seits verhindern die teilweise in das weiche

Menge zu einer entsprechend dickwandigeren und Polystyrol 30 eindringenden Feststoffteilchen 40

festeren, aber schwereren Hohlzellstruktur. Die zum 65 das Wegquetschen des Bindemittels. Unter Auf-

Aushärten erforderliche Erwärmung der dem Preß- rechtcrhaltung des Preßdruckes werden die Form 51,

druck ausgesetzten Schaumkörperniasse im Form- 52 sowie eventuell die Kernrohre 62 beheizt, so daß

hohlraum kann in einem Ofen erzeugt werden oder der Forminhalt erwärmt wird, beispielsweise auf 50

bis 90° C, und dabei das Bindemittel voll aushärtet. Es entsteht auf diese Weise eine einstückige, polyedrische Hohlzellstruktur, die auch mit den Deckblechen 61, 63 integral verklebt ist. Die direkt an die Füllmasse angrenzenden Flächen der Formteile 51, 52 und gegebenenfalls auch der Kernrohrc 62 sind mit Trennsubstanzen, z. B. Silikonfett od. dgl. behan-

delt worden, damit diese Teile leicht wieder gelöst werden können. Es kann vorgesehen sein, nach dem Aushärten des Bindemittels den Forminhalt kurzzeitig auf eine größere Temperatur von beispielsweise 130° C zu erhitzen, wobei die die bisher gebildeten Hohlzellen satt ausfüllenden Polystyrolkörner zusammenfallen und ihre.elastische Spannkraft 'verlieren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. wesentlich weniger gut gegen quer dazu gerichtete

   Patentanspruch: Verformungskräfte widerstandsfähig sind, ist die

   Wärmeisclationswirkung solcher Strukturen an sich

   Verfahren zur Herstellung von spezifisch leich- nicht besonders gut, da in den Wabenzellen eine unten Kunststoffkörpern, bestehend aus rundlichen 5 gehinderte Luftkonvektion von der dnen zur anderen Zellkörnem, die durch eine Feststoffteilchen ent- Stirnabschlußebene möglich ist.
   haltende, erhärtete Bindemittelmasse verbunden In den meisten Fällen versucht man, die gesind, durch Mischen der Zellkörner mit dem wünschte Wärmeisolationsfähigkeit und das ange-Bindemittel und den Feststoffteilchen und an- strebte niedrige spezifische Gewicht eines Leichtbauschließendes Aushärten der Mischung aus um- io körpers dadurch zu erreichen, daß ein Formhohlraum mantelten rie.selfähigen Zellkörnem in einer Preß- für einen weitgehend beliebig gestalteten Guß- oder form unter Einwirkung von Druck und Wärme, - Preßkörper mit einer aufschäumbaren Masse oder dadurch gekennzeichnet, blähbarem Material gefüllt wird und in der geschlos-

   . . „ . .,„... .... „.. senen Fonn geschäumt oder gebläht und nachher ver-

   a) daß ab Zellkorner nachgiebige Korner aus festigt wird. Die Verwendung von Polyurethanen als geschäumtem Kunststoff mit flüssigem Binde- _schäu_mbare Massen führt zwar zu einer relativ formmittel vollständig benetzt werden, _{stabHen und tragfähigen} Kleinzellslruktur. Diese ist

   b) anschließend Feststoffteilchen in der Größen- jedoch nur bis etwa 50° C stabil. Polystyrol als blähordnung der gewünschten Zellwandstärke b_are Masse ist zwar bis zu Temperaturen von etwa bis zur vollständigen Bedeckung der benetz- _ao HO⁰C ausreichend beständig, seine mechanische ten Zellkorner beigemischt werden und die Festigkeit und Formstabilität ist aber auch bei niedriso erhaltenen rieselfähigen, doppelt umman- _gen Temperaturen zu gering, als daß es für tragende telten Schaumstoffkörner Konstruktionen verwendbar ist.