DE19533564A1 - Fibrous airgel composite material - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verbundmaterial, das 5 bis 97 Vol.-% Aerogel-Partikel, mindestens ein Bindemittel und mindestens ein Fasermaterial enthält, ein Verfahren zu seiner Herstellung sowie seine Verwendung.The invention relates to a composite material which contains 5 to 97% by volume of airgel particles, contains at least one binder and at least one fiber material Process for its production and its use.
Aerogele, insbesondere solche mit Porositäten über 60% und Dichten unter 0,4 g/cm³, weisen aufgrund ihrer sehr geringen Dichte, hohen Porosität und geringen Porendurchmesser eine äußerst geringe thermische Leitfähigkeit auf und finden deshalb Anwendung als Wärmeisolationsmaterialien, wie z. B. in der EP-B-0 171 722 beschrieben.Aerogels, especially those with porosities over 60% and densities below 0.4 g / cm³, due to their very low density, high porosity and small pore diameter an extremely low thermal conductivity and are therefore used as heat insulation materials such. B. in the EP-B-0 171 722.
Die hohe Porosität führt aber auch zu einer geringen mechanischen Stabilität sowohl des Gels, aus dem das Aerogel getrocknet wird, als auch des getrockneten Aerogels selbst.The high porosity also leads to low mechanical stability both the gel from which the airgel is dried and the dried airgel itself.
Aerogele im weiteren Sinne, d. h. im Sinne von "Gel mit Luft als Dispersionsmittel", werden durch Trocknung eines geeigneten Gels hergestellt. Unter den Begriff "Aerogel" in diesem Sinne fallen Aerogele im engeren Sinn, Xerogele und Kryogele. Dabei wird ein getrocknetes Gel als Aerogel im engeren Sinne bezeichnet, wenn die Flüssigkeit des Gels bei Temperaturen oberhalb der kritischen Temperatur und ausgehend von Drücken oberhalb des kritischen Druckes entfernt wird. Wird die Flüssigkeit des Gels dagegen unterkritisch, beispielsweise unter Bildung einer Flüssig-Dampf-Grenzphase, entfernt, bezeichnet man das entstandene Gel als Xerogel.Aerogels in the wider sense, i.e. H. in the sense of "gel with air as Dispersants "are prepared by drying a suitable gel. The term "airgel" in this sense includes aerogels in the narrower sense, Xerogels and cryogels. A dried gel is used as an airgel in the narrower range Designated when the liquid of the gel at temperatures above the critical temperature and starting from pressures above the critical Pressure is removed. However, if the liquid of the gel becomes subcritical, for example, with the formation of a liquid-vapor boundary phase, the resulting gel is called a xerogel.
Bei der Verwendung des Begriffs Aerogele in der vorliegenden Anmeldung handelt es sich um Aerogele im weiteren Sinn, d. h. im Sinn von "Gel mit Luft als Dispersionsmittel". When using the term aerogels in the present application are aerogels in the broader sense, d. H. in the sense of "gel with air as a dispersant ".
Der Formgebungsprozeß des Aerogels wird während des Sol-Gel-Übergangs abgeschlossen. Nach Ausbildung der festen Gelstruktur kann die äußere Form nur noch durch Zerkleinern, beispielsweise Mahlen, verändert werden, für eine andere Form der Beanspruchung ist das Material zu brüchig.The molding process of the airgel takes place during the sol-gel transition completed. After formation of the solid gel structure, the outer shape can can only be changed by crushing, for example grinding, for one other form of stress, the material is too fragile.
Für viele Anwendungen ist es jedoch notwendig, die Aerogele in Gestalt bestimmter Formkörper einzusetzen. Im Prinzip ist die Herstellung von Formkörpern schon während der Gelherstellung möglich. Jedoch würde der während der Herstellung typischerweise notwendige, diffusionsbestimmte Austausch von Lösemitteln (bzgl. Aerogele: s. z. B. US-A-4,610,863, EP-A 0 296 076, bzgl. Aerogelverbundmaterial: s. z. B. WO 93/06044) und die ebenfalls diffusionsbestimmte Trocknung zu unwirtschaftlich langen Produktionszeiten führen. Daher ist es sinnvoll, im Anschluß an die Aerogel- Herstellung, also nach der Trocknung, einen Formgebungsschritt durchzuführen, ohne daß eine wesentliche Änderung der inneren Struktur des Aerogels im Hinblick auf die Anwendung stattfindet.However, for many applications it is necessary to shape the aerogels to use certain shaped bodies. In principle, the production of Shaped bodies already possible during the gel production. However, the diffusion-determined, typically necessary during production Exchange of solvents (for aerogels: see e.g. US-A-4,610,863, EP-A 0 296 076, regarding airgel composite material: see. e.g. B. WO 93/06044) and also diffusion-determined drying to uneconomically long Lead production times. It is therefore advisable to use the airgel Manufacturing, i.e. after drying, to carry out a shaping step, without a significant change in the internal structure of the airgel in the With regard to the application taking place.
Für viele Anwendungen wird von einem Dämmstoff neben einer guten Wärmedämmung auch ein gutes Schalldämmvermögen gefordert. Eine gute Schalldämpfung tritt typischerweise bei porösen Materialien auf, deren Porosität auf einer makroskopischen Skala (< 0,1 µm) liegt, da dann die Geschwindigkeitswellen des Schalls durch Reibung der Luft an den Porenwänden gedämpft werden. Monolithische Materialien ohne makroskopische Porosität weisen daher eine nur geringe Schalldämpfung auf. Ist ein Material nur auf mikroskopischer Skala porös, wie z. B. monolithische Aerogele, so kann die Luft nicht durch die Poren strömen, sondern die Schallwellen werden auf das Gerüst des Stoffes übertragen, das sie ohne starke Dämpfung weiterleitet.For many applications, an insulating material is used in addition to a good one Thermal insulation also requires good sound insulation. A good Sound absorption typically occurs with porous materials, their porosity lies on a macroscopic scale (<0.1 µm), since then the Speed waves of sound caused by the air rubbing against the Pore walls are dampened. Monolithic materials without Macroscopic porosity therefore has only low sound absorption. Is a material only porous on a microscopic scale, such as B. monolithic Aerogels, so the air cannot flow through the pores, but the Sound waves are transmitted to the framework of the material, which they have no strong Damping passes on.
In der DE-A 33 46 180 werden biegefeste Platten aus Preßkörpern auf der Basis von aus der Flammpyrolyse gewonnenem Kieselsäureaerogel in Verbindung mit einer Verstärkung durch mineralische Langfasern beschrieben. Bei diesem aus der Flammpyrolyse gewonnenem Kieselsäureaerogel handelt es sich jedoch nicht um ein Aerogel im obigen Sinne, da es nicht durch Trocknung eines Gels hergestellt wird und damit eine gänzlich andere Porenstruktur aufweist; daher ist es mechanisch stabiler und kann daher ohne Zerstörung der Mikrostruktur gepreßt werden, weist aber eine höhere Wärmeleitfähigkeit als typische Aerogele im obigen Sinne auf. Die Oberfläche solcher Preßkörper ist sehr empfindlich und muß daher etwa durch den Einsatz eines Binders an der Oberfläche gehärtet oder durch Kaschierung mit einer Folie geschützt werden.In DE-A 33 46 180, rigid plates made of pressed bodies are based of silica airgel obtained from flame pyrolysis in connection with a reinforcement described by mineral long fibers. In this out however, the silica airgel obtained by flame pyrolysis is not an airgel in the above sense, since it is not by drying a gel is produced and thus has a completely different pore structure; thats why it is mechanically more stable and can therefore be destroyed without destroying the microstructure be pressed, but has a higher thermal conductivity than typical Aerogels in the above sense. The surface of such compacts is very large sensitive and must therefore, for example, by using a binder on the Surface hardened or protected by lamination with a film.
In der EP-B-0 340 707 wird ein Dämmstoff der Dichte 0,1 bis 0,4 g/cm³ bestehend aus mindestens 50 Vol.-% Silica-Aerogel-Partikeln mit einem Durchmesser zwischen 0,5 und 5 mm, die mittels mindestens einem organischen und/oder anorganischen Bindemittel verbunden sind, beschrieben. Sind die Aerogel-Partikel nur an den Berührungsflächen über das Bindemittel verbunden, so ist der resultierende Dämmstoff mechanisch nicht sehr stabil, da bei mechanischer Beanspruchung der vom Bindemittel bedeckte Teil des Aerogel-Partikels abreißt, das Partikel dann nicht mehr gebunden ist und der Dämmstoff Risse erhält. Daher sollten möglichst alle Zwickel zwischen den Aerogel-Partikeln mit dem Bindemittel ausgefüllt sein. Bei sehr geringen Binderanteilen ist das resultierende Material zwar stabiler als reine Aerogele, doch können leicht Risse auftreten, wenn nicht alle Granulatkörner von Binder hinreichend umschlossen sind.In EP-B-0 340 707 an insulating material with a density of 0.1 to 0.4 g / cm³ consisting of at least 50 vol .-% silica airgel particles with a Diameter between 0.5 and 5 mm, using at least one organic and / or inorganic binders are described. Are the airgel particles only on the contact surfaces above the binder connected, the resulting insulation material is not mechanically very stable because in the case of mechanical stress, the part of the Airgel particle tears off, the particle is then no longer bound and the Insulation cracks. Therefore, all gussets between the Airgel particles must be filled with the binder. At very low The resulting material is more stable than pure aerogels, however, cracks can easily occur if not all of Binder's granules are sufficiently enclosed.
Bei einem für eine geringe Wärmeleitfähigkeit günstigen hohen Volumenanteil von Aerogel bleiben nur geringen Volumenanteile von Binder in den Zwickelbereichen was besonders bei porösen Bindern wie z. B. Schäumen mit geringer Wärmeleitfähigkeit eine geringe mechanische Stabilität zur Folge hat. Das Ausfüllen aller Zwickelbereiche mit Binder führt weiterhin durch die reduzierte makroskopische Porosität (zwischen den Partikeln) zu einer stark reduzierten Schalldämpfung im Material. With a high volume fraction favorable for a low thermal conductivity of airgel only small volumes of binder remain in the Gusset areas, which is particularly the case with porous binders such as B. foaming with low thermal conductivity results in low mechanical stability. Filling all gusset areas with binder continues through reduced macroscopic porosity (between the particles) to a strong reduced sound absorption in the material.
In der EP-A-489 319 wird ein Verbundschaumstoff mit niedriger Wärmeleitfähigkeit offenbart, der 20 bis 80 Vol.-% Silica-Aerogel-Partikel, 20 bis 80 Vol.-% eines die Aerogel-Partikel umhüllenden und miteinander verbindenden Styrolpolymerisatschaumstoffs der Dichte 0,01 bis 0,15 g/cm³ und gegebenenfalls übliche Zusatzstoffe in wirksamen Mengen enthält. Der so hergestellte Verbundschaumstoff ist zwar druckfest, aber bei hohen Konzentrationen an Aerogel-Partikeln nicht sehr biegefest.In EP-A-489 319 a composite foam with lower Thermal conductivity disclosed, the 20 to 80 vol .-% silica airgel particles, 20 to 80 vol .-% of a and enveloping the airgel particles connecting styrene polymer foam of density 0.01 to 0.15 g / cm³ and optionally contains conventional additives in effective amounts. The way The composite foam produced is pressure-resistant, but at high Concentrations of airgel particles are not very resistant to bending.
In den noch nicht offengelegten deutschen Patentanmeldungen P 44 30 669.5 bzw. P 44 18 843.9 werden Platten bzw. Matten aus einem faserverstärkten Aerogel beschrieben. Diese Platten oder Matten weisen zwar aufgrund des sehr hohen Aerogelanteils eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit auf, doch sind aufgrund der oben beschriebenen Diffusionsprobleme für ihre Herstellung relativ lange Herstellungszeiten notwendig.In the as yet unpublished German patent applications P 44 30 669.5 or P 44 18 843.9 are panels or mats made of a fiber-reinforced Airgel described. These plates or mats have a very high airgel content a very low thermal conductivity, but are relative to their manufacture due to the diffusion problems described above long production times necessary.
In der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 44 45 771.5 wird ein Faservlies-Aerogel-Verbundmaterial offenbart, das mindestens eine Lage Faservlies und Aerogel-Partikel aufweist, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Faservlies mindestens ein Bikomponenten-Faservlies enthält, dessen Fasern untereinander und mit den Aerogel-Partikeln durch das niedrigschmelzende Mantelmaterial verbunden sind. Dieses Verbundmaterial weist eine relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit sowie eine hohe makroskopische Porosität und damit verbunden eine gute Schalldämmung auf, jedoch werden durch die Verwendung von Bikomponentenfasern der Temperaturbereich, in dem das Material verwendet werden kann, sowie die Brandschutzklasse eingeschränkt. Weiter sind die entsprechenden Verbundstoffe, insbesondere kompliziertere Formkörper, nicht einfach herzustellen.In the as yet unpublished German patent application P 44 45 771.5 discloses a nonwoven airgel composite material that has at least one Layer of nonwoven fabric and airgel particles, which is characterized in that that the nonwoven contains at least one bicomponent nonwoven, the Fibers with each other and with the airgel particles through the low melting jacket material are connected. This composite material has a relatively low thermal conductivity as well as a high macroscopic Porosity and associated good sound insulation, however through the use of bicomponent fibers the temperature range in which the material can be used, as well as the fire protection class limited. Next are the corresponding composites, in particular complicated moldings, not easy to manufacture.
Eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verbundmaterial auf der Basis von Aerogel-Granulat bereitzustellen, das eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweist, mechanisch stabil ist und sich leicht herstellen läßt. One of the objects of the present invention was therefore to provide a composite material based on airgel granules that provide a low Has thermal conductivity, is mechanically stable and easy to manufacture leaves.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein Verbundmaterial auf der Basis von Aerogel-Granulat herzustellen, das zusätzlich noch eine gute Schalldämpfung aufweist.Another object of the present invention was to provide a composite material on the basis of airgel granules, which is also a good one Has sound absorption.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verbundmaterial, das 5 bis 97 Vol.-% Aerogel-Partikel und mindestens ein Bindemittel enthält, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es mindestens ein Fasermaterial enthält.The problem is solved by a composite material that contains 5 to 97% by volume Contains airgel particles and at least one binding agent is characterized in that it contains at least one fiber material.
Durch das Bindemittel werden entweder die Fasern und Aerogele untereinander und miteinander verbunden oder aber das Bindemittel dient als Matrixmaterial, in das die Fasern und die Aerogel-Partikel eingebettet sind. Die Verbindung der Fasern und der Aerogel-Partikel untereinander sowie miteinander durch das Bindemittel sowie gegebenenfalls die Einbettung in eine Bindermatrix führt zu einem mechanisch stabilen Material geringer Wärmeleitfähigkeit.Through the binder, either the fibers and aerogels are mutually and joined together or the binder serves as a matrix material, in that the fibers and airgel particles are embedded. The connection of the Fibers and the airgel particles with each other and with each other through the Binder and possibly embedding in a binder matrix leads to a mechanically stable material with low thermal conductivity.
Gegenüber einem Material, das nur aus Aerogel-Partikeln besteht, die über ihre Oberflächen verbunden oder in eine Bindermatrix eingelagert sind, führen überraschenderweise schon geringe Volumenanteile von Fasern bei gleichem Volumenanteil von Bindemittel zu einer wesentlichen mechanischen Verstärkung, da sie wesentliche Teile der Last übernehmen. Wird ein höherer Volumenanteil Fasern verwendet und nur wenig Bindemittel so kann ein poröses Material enthalten werden, in dem die durch den Binder verbundenen Fasern ein mechanisch stabiles Gerüst bilden, in das die Aerogel-Partikel eingelagert sind. Die dann auftretenden Luftporen führen zu einer höheren Porosität und damit verbesserten Schalldämpfung.Compared to a material that only consists of airgel particles that pass through their Surfaces connected or embedded in a binder matrix Surprisingly, even small volume fractions of fibers with the same Volume fraction of binder to an essential mechanical Reinforcement because they take over essential parts of the load. Will be a higher one Volume fraction fibers used and little binder so a porous one Material will be included in which the fibers connected by the binder form a mechanically stable framework in which the airgel particles are embedded. The air pores that occur then lead to a higher porosity and thus improved sound absorption.
Bei den Fasern kann es sich um natürliche oder künstliche, anorganische oder organische Fasern handeln, wie z. B. Cellulose-, Baumwoll- oder Flachsfasern, Glas- oder Mineralfasern, Polyester-, Polyamid-, oder Polyaramidfasern. Die Fasern können dabei neu sein oder aus Abfällen, wie z. B. geschredderten Glasfaserabfällen oder Lumpenresten, erzeugt worden sein. The fibers can be natural or artificial, inorganic or act organic fibers such. B. cellulose, cotton or flax fibers, Glass or mineral fibers, polyester, polyamide, or polyaramid fibers. The Fibers can be new or from waste such. B. shredded Fiberglass waste or rags.
Die Fasern können glatt oder gekräuselt als Einzelfasern, als Bausch oder als Faservlies oder -gewebe vorliegen. Faservliese und/oder -gewebe können dabei als zusammenhängendes Ganzes und/oder in Form mehrerer kleiner Stücke in dem Verbundstoff enthalten sein.The fibers can be smooth or crimped as individual fibers, as a bulk or as Non-woven or woven fabric is present. Nonwovens and / or fabrics can as a coherent whole and / or in the form of several small pieces in be included in the composite.
Die Fasern können runde, trilobale, pentalobale, oktalobale, bändchen-, tannenbaum-, hantel- oder andere sternförmige Profile aufweisen. Ebenso können auch Hohlfasern verwendet werden.The fibers can be round, trilobal, pentalobal, octalobal, ribbon, have fir tree, barbell or other star-shaped profiles. As well hollow fibers can also be used.
Der Durchmesser der im Verbundstoff verwendeten Fasern sollte vorzugsweise kleiner als der mittlere Durchmesser der Aerogel-Partikel sein, um einen hohen Anteil Aerogel im Verbundstoff binden zu können. Durch Wahl von sehr dünnen Fasern wird der Verbundstoff leichter biegsam.The diameter of the fibers used in the composite should preferably be be smaller than the average diameter of the airgel particles to a high To be able to bind the proportion of airgel in the composite. By choosing very thin Fibers make the composite more flexible.
Vorzugsweise werden Fasern mit einem Durchmesser zwischen 1 µm und 1 mm verwendet. Typischerweise führt bei festem Volumenanteil von Fasern die Verwendung geringerer Durchmesser zu bruchfesteren Verbundmaterialien.Fibers with a diameter between 1 μm and 1 mm are preferred used. Typically, with a fixed volume fraction of fibers Use of smaller diameters for more break-resistant composite materials.
Die Länge der Fasern ist in keinster Weise beschränkt. Vorzugsweise sollte jedoch die Länge der Fasern größer als der mittlere Durchmesser der Aerogel- Partikel sein.The length of the fibers is in no way limited. Preferably should however the length of the fibers is greater than the mean diameter of the airgel Particles.
Weiter können Mischungen der oben genannten Typen benutzt werden.Mixtures of the above types can also be used.
Die Stabilität wie auch die Wärmeleitfähigkeit des Verbundmaterials nimmt mit steigendem Faseranteil zu. Je nach Anwendungen sollte der Volumenanteil der Fasern vorzugsweise zwischen 0,1 und 40 Vol.-% liegen, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 0,1 und 15 Vol.-%.The stability as well as the thermal conductivity of the composite material increases increasing fiber content. Depending on the application, the volume fraction of the Fibers are preferably between 0.1 and 40% by volume, particularly preferably in the range between 0.1 and 15% by volume.
Die Fasern können zur besseren Anbindung an die Matrix noch mit Schlichten oder Kontaktvermittlern (coupling agents) beschichtet sein, wie z. B. bei Glasfasern üblich. The fibers can still be sized with a better connection to the matrix or contact agents (coupling agents), such as. B. at Glass fibers are common.
Geeignete Aerogele für die erfindungsgemäßen Verbundmaterialien sind solche auf der Basis von Metalloxiden, die für die Sol-Gel-Technik geeignet sind (s. z. B. C.J. Brinker, G.W. Scherer, Sol-Gel-Science, 1990, Kap. 2 und 3), wie beispielsweise Si- oder Al-Verbindungen oder solche auf der Basis organischer Stoffe, die für die Sol-Gel-Technik geeignet sind, wie zum Beispiel Melaminformaldehydkondensate (US-A-5,086,085) oder Resorcinformaldehydkondensate (US-A-4,873,218). Sie können aber auch auf Mischungen der obengenannten Materialien basieren. Bevorzugt verwendet werden Aerogele enthaltend Si-Verbindungen, besonders bevorzugt Aerogele enthaltend SiO₂, insbesondere SiO₂-Aerogele, die gegebenenfalls organisch modifiziert sind.Suitable aerogels for the composite materials according to the invention are those based on metal oxides that are suitable for the sol-gel technique (see e.g. C.J. Brinker, G.W. Scherer, Sol-Gel-Science, 1990, chap. 2 and 3) how for example Si or Al compounds or those based on organic Substances that are suitable for the sol-gel technique, such as Melamine formaldehyde condensates (US-A-5,086,085) or Resorcinol formaldehyde condensates (US-A-4,873,218). You can also click on Mixtures of the above materials are based. Preferably used become aerogels containing Si compounds, particularly preferably aerogels containing SiO₂, in particular SiO₂ aerogels, optionally organic are modified.
Zur Reduktion des Strahlungsbeitrages zur Wärmeleitfähigkeit kann das Aerogel IR-Trübungsmittel, wie z. B. Ruß, Titandioxid, Eisenoxid, Zirkondioxid oder Mischungen derselben enthalten.The airgel can be used to reduce the radiation contribution to thermal conductivity IR opacifiers, such as. B. carbon black, titanium dioxide, iron oxide, zirconium dioxide or Mixtures of the same contain.
Darüber hinaus gilt, daß die thermische Leitfähigkeit der Aerogele mit zunehmender Porosität und abnehmender Dichte abnimmt und zwar bis zu einer Dichte im Bereich von 0.1 g/cm³. Aus diesem Grund sind Aerogele mit Porositäten über 60% und Dichten zwischen 0,1 und 0,4 g/cm³ bevorzugt. Die Wärmeleitfähigkeit des Aerogel-Granulates sollte vorzugsweise weniger als 40 mW/mK, besonders bevorzugt weniger als 25 mW/mK betragen.In addition, the thermal conductivity of the aerogels with increasing porosity and decreasing density decreases up to one Density in the range of 0.1 g / cm³. For this reason, aerogels are included Porosities above 60% and densities between 0.1 and 0.4 g / cm³ are preferred. The Thermal conductivity of the airgel granules should preferably be less than 40 mW / mK, particularly preferably less than 25 mW / mK.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden hydrophobe Aerogel-Partikel verwendet, die durch Einführen von hydrophoben Oberflächengruppen auf den Porenoberflächen der Aerogele während oder nach der Herstellung der Aerogele erhältlich sind.In a preferred embodiment, hydrophobic airgel particles used by introducing hydrophobic surface groups on the Pore surfaces of the aerogels during or after the production of the aerogels are available.
Mit dem Begriff "Aerogel-Partikel" sollen in der vorliegenden Anmeldung Teilchen bezeichnet werden, die entweder monolithisch sind, d. h. aus einem Stück bestehen, oder aber die im wesentlichen Aerogel-Partikel mit einem Durchmesser kleiner als der des Teilchens enthalten, die durch ein geeignetes Bindemittel verbunden sind und/oder durch Pressen zu einem größeren Teilchen zusammengefügt sind.The term “airgel particles” is intended in the present application Particles that are either monolithic, i.e. H. from a Consist of pieces, or the essentially airgel particles with a Diameter smaller than that of the particle contained by a suitable one Binders are connected and / or by pressing into a larger particle are put together.
Die Größe der Körner richtet sich nach der Anwendung des Materials. Um jedoch einen hohen Anteil von Aerogel-Granulat binden zu können, sollten die Partikel größer als die Faserdurchmesser, vorzugsweise größer als 30 µm sein. Um eine hohe Stabilität zu erreichen, sollte das Granulat nicht zu grobkörnig sein, vorzugsweise sollte der Durchmesser der Körner kleiner als 1 cm sein. Für besondere Anwendungen kann es darüber hinaus besonders bevorzugt sein, daß der Durchmesser der Aerogel-Partikel kleiner als 0,5 mm ist.The size of the grains depends on the application of the material. Around However, to be able to bind a high proportion of airgel granules Particles larger than the fiber diameter, preferably larger than 30 microns. To achieve high stability, the granules should not be too coarse preferably the diameter of the grains should be less than 1 cm. For special applications it may also be particularly preferred that the diameter of the airgel particles is less than 0.5 mm.
Um einerseits eine geringe Wärmeleitfähigkeit andererseits eine ausreichende mechanische Stabilität des Verbundmaterials zu erreichen, sollte der Volumenanteil des Aerogels vorzugsweise zwischen 20 und 95 Vol.-%, besonders bevorzugt zwischen 40 und 95 Vol.-% liegen, wobei hohe Volumenanteile zu geringerer Wärmeleitfähigkeit und Festigkeit führen. Zur Erzielung einer hohen Porosität des Gesamtmaterials und damit erhöhten Schallabsorption sollten noch Luftporen im Material enthalten sein, wozu der Volumenanteil des Aerogels unter 85 Vol.-% liegen sollte.On the one hand, a low thermal conductivity, on the other hand, an adequate one to achieve mechanical stability of the composite material, the Volume fraction of the airgel preferably between 20 and 95 vol .-%, are particularly preferably between 40 and 95 vol .-%, high Volume fractions lead to lower thermal conductivity and strength. For Achieving a high porosity of the overall material and thus increased Sound absorption should still contain air pores in the material, which is why Volume fraction of the airgel should be below 85 vol .-%.
Zur Erreichung hoher Aerogel-Volumenanteile kann vorzugsweise Granulat mit einer günstigen bimodalen Korngrößenverteilung verwendet werden. Je nach Anwendung, z. B. im Bereich Schalldämmung, können auch andere Verteilungen Verwendung finden.Granules can preferably be used to achieve high airgel volume fractions a favorable bimodal grain size distribution can be used. Depending on Application, e.g. B. in the field of sound insulation, other distributions Find use.
Fasern und Aerogel-Partikel sowie Fasern und Aerogel-Partikel untereinander werden durch mindestens ein Bindemittel verbunden. Das Bindemittel kann entweder nur eine Verbindung der Fasern und Aerogel-Partikel untereinander und miteinander bewirken oder als Matrixmaterial dienen. Hierzu sind alle bekannten Bindemittel geeignet. So können anorganische Bindemittel wie z. B. Wasserglaskleber, oder organische Bindemittel wie Schmelzklebstoffe (z. B. Ethylen-Vinylacetat-Copolymere, Polyamide oder Polyolefine), Reaktionsklebstoffe (z. B. Epoxyharzklebstoffe, reaktive Polyurethanklebstoffe, Phenol-, Resorcin-, Harnstoff- und Melaminformaldehydharze, Silikonharzklebstoffe, Polyimid- und Polybenzimidazolharze) oder wäßrige Dispersionsklebstoffe (z. B. Styrol-Butadien- und Styrol-Acrylester-Copolymere) verwendet werden. Weiter ist auch die Verwendung von Mischungen dieser Substanzen möglich.Fibers and airgel particles as well as fibers and airgel particles with each other are connected by at least one binder. The binder can either just connecting the fibers and airgel particles to each other and effect with each other or serve as matrix material. All are known for this Suitable binder. So inorganic binders such as. B. Water glass glue, or organic binders such as hot melt adhesives (e.g. Ethylene-vinyl acetate copolymers, polyamides or polyolefins), Reaction adhesives (e.g. epoxy resin adhesives, reactive polyurethane adhesives, Phenol, resorcinol, urea and melamine formaldehyde resins, Silicone resin adhesives, polyimide and polybenzimidazole resins) or aqueous Dispersion adhesives (e.g. styrene-butadiene and styrene-acrylic ester copolymers) be used. Another is the use of mixtures of these Substances possible.
Bildet das Bindemittel eine Matrix, in die Aerogele und Fasern eingebettet sind, so werden wegen ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit vorteilhaft poröse Materialien mit Dichten kleiner als 0,75 g/cm³ wie Schäume, vorzugsweise Polymerschäume (z. B. Polystyrol- oder Polyurethan-Schäume), verwendet.If the binder forms a matrix in which aerogels and fibers are embedded, because of their low thermal conductivity, they are advantageously porous Materials with densities less than 0.75 g / cm³ such as foams, preferably Polymer foams (e.g. polystyrene or polyurethane foams) are used.
Um eine Verteilung des Bindemittels in den Zwickelhohlräumen bei hohem Aerogelanteil und möglichst guter Verklebung zu erreichen, sollten in dem Fall, daß man von Bindemitteln in fester Form ausgeht, die Körner des Bindemittels vorzugsweise kleiner als die des Aerogel-Granulates sein. Ebenso kann eine Verarbeitung bei erhöhtem Druck notwendig sein.In order to distribute the binder in the gusset cavities at high To achieve airgel content and the best possible adhesion, should that one starts from binders in solid form, the grains of the binder preferably be smaller than that of the airgel granules. Likewise, a Processing at elevated pressure may be necessary.
Muß das Bindemittel bei erhöhten Temperaturen wie z. B. im Fall von Schmelzklebern oder Reaktionsklebern wie z. B. Melaminformaldehydharzen, verarbeitet werden, so muß das Bindemittel so gewählt werden, daß dessen Schmelztemperatur die Schmelztemperatur der Fasern nicht überschreitet.Must the binder at elevated temperatures such. B. in the case of Hot melt adhesives or reaction adhesives such as B. melamine formaldehyde resins, processed, the binder must be chosen so that its Melting temperature does not exceed the melting temperature of the fibers.
Das Bindemittel wird im allgemeinen in einer Menge von 1 bis 50 Vol.-% des Verbundmaterials verwendet, vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 30 Vol.-%. Die Auswahl des Bindemittels richtet sich nach den mechanischen und thermischen Anforderungen an den Verbundstoff sowie den Anforderungen im Hinblick auf den Brandschutz. The binder is generally in an amount of 1 to 50 vol .-% of Composite material used, preferably in an amount of 1 to 30 vol .-%. The choice of binder depends on the mechanical and thermal requirements for the composite as well as the requirements in With regard to fire protection.
Der Verbundstoff kann in wirksamen Mengen weitere Zusatzstoffe wie z. B. Farbstoffe, Pigmente, Füllstoffe, Flammschutzmittel, Synergisten für Flammschutzmittel, Antistatica, Stabilisatoren, Weichmacher und IR-Trübungsmittel enthalten.The composite can in effective amounts of other additives such. B. Dyes, pigments, fillers, flame retardants, synergists for Flame retardants, antistatic agents, stabilizers, plasticizers and Contain IR opacifiers.
Weiterhin kann der Verbundstoff Zusatzstoffe enthalten, die zu seiner Herstellung benutzt werden bzw. bei der Herstellung entstehen, so z. B. Gleitmittel zum Verpressen, wie Zinkstearat, oder die Reaktionsprodukte von sauren bzw. säureabspaltenden Härtungsbeschleunigern bei der Verwendung von Harzen.The composite can also contain additives that contribute to its Manufacturing used or arise in the manufacture, such. B. Pressing lubricants, such as zinc stearate, or the reaction products of acidic or acid-releasing hardening accelerators when used of resins.
Die Brandklasse des Verbundmaterials wird durch die Brandklasse des Aerogels, der Fasern und des Bindemittels sowie weiterer gegebenenfalls enthaltener Stoffe bestimmt. Um eine möglichst günstige Brandklasse des Verbundmaterials zu erhalten, sollten vorzugsweise nichtentflammbare Fasertypen, wie z. B. Glas- oder Mineralfasern, oder schwerentflammbare Fasertypen wie z. B. TREVIRA C® oder Melaminharzfasern, Aerogele auf anorganischer Basis, besonders bevorzugt auf der Basis von SiO₂, und schwerentflammbare Bindemittel wie z. B. anorganische Bindemittel oder Harnstoff- und Melaminformaldehydharze, Silikonharzklebstoffe, Polyimid- und Polybenzimidazolharze verwendet werden.The fire class of the composite material is determined by the fire class of the airgel, the fibers and the binder and any further contained Substances determined. To make the composite material fire class as favorable as possible to obtain, preferably non-flammable fiber types, such as. B. glass or mineral fibers, or flame-retardant fiber types such. B. TREVIRA C® or melamine resin fibers, aerogels on an inorganic basis, especially preferably based on SiO₂, and flame retardant binders such as e.g. B. inorganic binders or urea and melamine formaldehyde resins, Silicone resin adhesives, polyimide and polybenzimidazole resins are used.
Wird das Material in Form von flächigen Gebilden, wie z. B. Platten oder Matten, verwendet, kann es auf mindestens einer Seite mit mindestens einer Deckschicht kaschiert sein, um die Eigenschaften der Oberfläche zu verbessern, so z. B. die Robustheit zu erhöhen, sie als Dampfsperre auszubilden oder gegen leichte Verschmutzbarkeit zu schützen. Die Deckschichten können auch die mechanische Stabilität des Verbundstoff-Formteils verbessern. Werden auf beiden Flächen Deckschichten verwendet, so können diese gleich oder verschieden sein. If the material in the form of flat structures, such as. B. slabs or mats, used, it can be on at least one side with at least one Top layer is laminated to improve the properties of the surface, so z. B. to increase the robustness, train them as a vapor barrier or against to protect easy pollution. The cover layers can also Improve mechanical stability of the composite molding. Be on cover layers are used, they can be the same or to be different.
Als Deckschichten eignen sich alle dem Fachmann bekannten Materialien. Sie können nicht-porös sein und damit als Dampfsperre wirken, wie z. B. Kunststoffolien, vorzugsweise Metallfolien oder metallisierte Kunststoffolien, die Wärmestrahlung reflektieren. Es können aber auch poröse Deckschichten verwendet werden, die ein Eindringen von Luft in das Material ermöglichen und damit zu einer besseren Schalldämpfung führen, wie z. B. poröse Folien, Papiere, Gewebe oder Vliese.All materials known to the person skilled in the art are suitable as cover layers. she can be non-porous and thus act as a vapor barrier, such as. B. Plastic films, preferably metal foils or metallized plastic films, the Reflect thermal radiation. However, porous cover layers can also be used are used that allow air to penetrate into the material and thus lead to better sound absorption, such as. B. porous foils, papers, Woven or non-woven.
Die Deckschichten können selbst auch aus mehreren Schichten bestehen. Die Deckschichten können mit dem Bindemittel befestigt sein, durch das die Fasern und die Aerogel-Partikel untereinander und miteinander verbunden sind, es kann aber auch ein anderer Kleber Verwendung finden.The cover layers themselves can also consist of several layers. The cover layers can be attached with the binder through which the Fibers and the airgel particles are interconnected and interconnected, however, another adhesive can also be used.
Die Oberfläche des Verbundmaterials kann auch durch Einbringen mindestens eines geeigneten Materials in eine Oberflächenschicht geschlossen und verfestigt werden. Als Materialien sind z. B. thermoplastische Polymere, wie z. B. Polyethylen und Polypropylen, oder Harze wie z. B. Melaminformaldehydharze geeignet.The surface of the composite material can also be at least by introduction a suitable material in a surface layer and be solidified. As materials are e.g. B. thermoplastic polymers such. B. Polyethylene and polypropylene, or resins such. B. Melamine formaldehyde resins suitable.
Die erfindungsgemäßen Verbundmaterialien weisen Wärmeleitfähigkeiten zwischen 10 und 100 mW/mK, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 50 mW/mK, besonders bevorzugt im Bereich von 15 bis 40 mW/mK auf.The composite materials according to the invention have thermal conductivities between 10 and 100 mW / mK, preferably in the range from 10 to 50 mW / mK, particularly preferably in the range from 15 to 40 mW / mK.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Verbundmaterials bereitzustellen.Another object of the present invention was to provide a method for To provide production of the composite material according to the invention.
Liegt das Bindemittel zunächst in Pulverform vor, das bei erhöhter Temperatur und gegebenenfalls erhöhtem Druck im Fall von Schmelzklebern schmilzt und im Fall von Reaktionsklebern reagiert, so kann das Verbundmaterial beispielsweise folgendermaßen erhalten werden: Mit üblichen Mischvorrichtungen werden Aerogel-Partikel, Fasermaterial und Bindemittel gemischt. Dieses Gemisch wird anschließend einer Formgebung unterzogen. Das Aushärten des Gemisches in der Form erfolgt je nach Art des Bindemittels gegebenenfalls unter Druck durch Erwärmen, z. B. bei Reaktionsklebern, oder bei Schmelzklebern durch Erhitzen über den Schmelzpunkt des Bindemittels und nachfolgendes Abkühlen unter den Schmelzpunkt des Bindemittels. Ein auf einer Makroskala poröses Material kann insbesondere nach folgendem Verfahren erhalten werden: Falls die Fasern nicht schon in gebauschter Form (z. B. kleine Bäusche von Schnittfasern oder kleine Stücke eines Vlieses) vorliegen, werden sie mit dem Fachmann bekannten Methoden zu kleinen Bäuschen verarbeitet. Bereits in diesem Schritt kann gegebenenfalls das Aerogel-Granulat zwischen die Fasern gebracht werden. Danach werden diese Bäusche zusammen mit dem Bindemittel und gegebenenfalls den Aerogel-Partikeln z. B. in einem Mischer vermischt, bis sich Bindemittel und gegebenenfalls Aerogel-Partikel möglichst gleichmäßig zwischen den Fasern verteilt haben. Die Masse wird dann in eine Form gegeben und gegebenenfalls unter Druck auf eine Temperatur erhitzt, die im Fall von Schmelzklebern oberhalb der Schmelztemperatur des Klebers und im Fall von Reaktionsklebern oberhalb der für die Reaktion notwendigen Temperatur liegt. Nachdem das Bindemittel geschmolzen ist bzw. reagiert hat, wird das Material abgekühlt. Vorzugsweise werden hier Melaminformaldehydharze verwendet. Durch die Anwendung höherer Drücke läßt sich die Dichte des Verbundmaterials erhöhen.The binder is initially in powder form, at elevated temperature and optionally increased pressure in the case of hot melt adhesives and melts in In the case of reactive adhesives reacting, the composite material can, for example can be obtained as follows: Using conventional mixing devices Airgel particles, fiber material and binder mixed. This mixture will then subjected to a shaping. The hardening of the mixture in depending on the type of binder, the shape is optionally carried out under pressure Heating, e.g. B. in reaction adhesives, or in hot melt adhesives by heating above the melting point of the binder and subsequent cooling below the Melting point of the binder. A material that is porous on a macro scale can in particular by the following procedure: If the fibers are not already in bulk (e.g. small balls of cut fibers or small ones Pieces of a nonwoven) are present, they become known to the person skilled in the art Methods processed into small balls. Already in this step if necessary, the airgel granules are placed between the fibers. After that, these balls together with the binder and optionally the airgel particles e.g. B. mixed in a mixer until Binder and optionally airgel particles as evenly as possible between distributed the fibers. The mass is then placed in a mold and optionally heated under pressure to a temperature which in the case of Hot melt adhesives above the melting temperature of the adhesive and in the case of Reaction adhesives are above the temperature required for the reaction. After the binder has melted or reacted, the material becomes cooled down. Melamine formaldehyde resins are preferably used here. The density of the composite material can be increased by using higher pressures increase.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Gemisch verpreßt. Dabei ist es dem Fachmann möglich, für den jeweiligen Anwendungszweck die geeignete Presse und das geeignete Preßwerkzeug auszuwählen. Gegebenenfalls können zum Verpressen dem Fachmann bekannte Gleitmittel, wie z. B. Zinkstearat bei Melaminformaldehydharzen zugesetzt werden. Aufgrund des hohen Luftanteils der aerogelhaltigen Preßmassen ist der Einsatz von Vakuum-Pressen vorteilhaft. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die aerogelhaltigen Preßmassen zu Platten verpreßt. Um ein Anbacken der Preßmasse an die Preßstempel zu vermeiden, kann das zu verpressende, aerogelhaltige Gemisch mit Trennpapier gegen die Preßstempel abgetrennt werden. Die mechanische Festigkeit der aerogelhaltigen Platten kann durch Auflaminieren von Siebgeweben, Vliesen oder Papieren auf die Plattenoberfläche verbessert werden. Die Siebgewebe, Vliese bzw. Papiere können sowohl nachträglich auf die aerogelhaltigen Platten aufgebracht werden, wobei die Siebgewebe, Vliese bzw. Papiere zuvor beispielsweise mit Melaminharzen imprägniert werden können und dann in einer beheizbaren Presse unter Druck mit den Plattenoberflächen verbunden werden, als auch, in einer bevorzugten Ausführungsform, in einem Arbeitsschritt durch Einlegen der Siebgewebe, Vliese bzw. Papiere, die gegebenenfalls zuvor mit Melaminharz imprägniert werden können, in die Preßform und Auflegen auf die zu verpressende aerogelhaltige Preßmasse und anschließend unter Druck und Temperatur zu einer aerogelhaltigen Verbundplatte verpreßt werden.In a preferred embodiment, the mixture is pressed. It is possible for the specialist, the suitable one for the respective application Press and select the appropriate press tool. If necessary, you can for pressing lubricants known to the person skilled in the art, such as, for. B. zinc stearate Melamine formaldehyde resins can be added. Because of the high proportion of air of the airgel-containing molding compounds, the use of vacuum presses is advantageous. In a preferred embodiment, the airgel-containing molding compounds pressed into plates. To prevent the molding compound from baking on the ram can avoid, the airgel-containing mixture to be compressed with release paper be separated against the ram. The mechanical strength of the Airgel-containing plates can be made by laminating screen fabrics, fleeces or papers on the plate surface can be improved. The sieve cloth, Nonwovens or papers can both be added to the airgel-containing plates are applied, with the screen cloth, nonwovens or papers beforehand for example, can be impregnated with melamine resins and then in one heatable press can be connected to the plate surfaces under pressure, as well, in a preferred embodiment, in one working step Insert the sieve cloth, nonwovens or papers, if necessary with Melamine resin can be impregnated into the mold and hanging on the Airgel-containing molding compound to be compressed and then under pressure and Temperature are pressed to a composite sheet containing airgel.
Das Verpressen findet in Abhängigkeit vom verwendeten Bindemittel im allgemeinen bei Drücken von 1 bis 1000 bar und Temperaturen von 0 bis 300°C in beliebigen Formen statt.The pressing takes place in the depending on the binder used generally at pressures from 1 to 1000 bar and temperatures from 0 to 300 ° C in any shape.
Im Fall der Phenol-, Resorcin-, Harnstoff- und Melaminformaldehydharze findet das Verpressen vorzugsweise bei Drücken von 5 bis 50 bar, besonders bevorzugt 10 bis 20 bar und Temperaturen vorzugsweise von 100 bis 200°C, besonders bevorzugt 130 bis 190°C und insbesondere zwischen 150 und 175°C in beliebigen Formen statt.In the case of phenol, resorcinol, urea and melamine formaldehyde resins pressing preferably at pressures of 5 to 50 bar, especially preferably 10 to 20 bar and temperatures preferably from 100 to 200 ° C, particularly preferably 130 to 190 ° C and in particular between 150 and 175 ° C in any shape.
Liegt das Bindemittel zunächst in flüssiger Form vor, so kann der Verbundstoff beispielsweise folgendermaßen erhalten werden: Mit üblichen Mischvorrichtungen werden die Aerogel-Partikel und das Fasermaterial gemischt. Das so erhaltene Gemisch wird dann mit dem Bindemittel beschichtet, z. B. durch Besprühen, in eine Form gebracht und in der Form ausgehärtet. Das Aushärten des Gemisches erfolgt je nach Art des Bindemittels gegebenenfalls unter Druck durch Erwärmen und/oder Verdampfen des verwendeten Lösungs- oder Dispersionsmittels. Bevorzugt werden die Aerogel-Partikel mit den Fasern in einem Gasstrom verwirbelt. Mit der Mischung wird eine Form gefüllt, wobei beim Füllvorgang das Bindemittel aufgesprüht wird.If the binder is initially in liquid form, the composite can can be obtained for example as follows: With usual Mixing devices are used to mix the airgel particles and the fiber material. The mixture thus obtained is then coated with the binder, e.g. B. by spraying, brought into a mold and hardened in the mold. The Depending on the type of binder, the mixture may be cured under pressure by heating and / or evaporating the solution used or dispersant. The airgel particles with the fibers in are preferred swirled in a gas stream. A mold is filled with the mixture, whereby the binder is sprayed on during the filling process.
Ein auf einer Makroskala poröses Material kann insbesondere nach folgendem Verfahren erhalten werden: Falls die Fasern nicht schon in gebauschter Form (z. B. kleine Bäusche von Schnittfasern oder kleine Stücke eines Vlieses) vorliegen, werden sie mit dem Fachmann bekannten Methoden zu kleinen Bäuschen verarbeitet. Bereits in diesem Schritt kann gegebenenfalls das Aerogel-Granulat zwischen die Fasern gebracht werden. Andernfalls werden diese Bäusche danach zusammen mit dem Aerogel-Granulat z. B. in einem Mischer vermischt, bis sich die Aerogel-Partikel möglichst gleichmäßig zwischen den Fasern verteilt haben. In diesem Schritt oder danach wird das Bindemittel möglichst fein verteilt auf das Gemisch gesprüht, das dann in einer Form gegebenenfalls unter Druck auf die für das Binden notwendige Temperatur gebracht wird. Danach wird der Verbundstoff mit üblichen Verfahren getrocknet.A material that is porous on a macroscale can be in particular as follows Processes are obtained: If the fibers are not already in bulk (e.g. small balls of cut fibers or small pieces of a fleece) are present, they become too small using methods known to those skilled in the art Small balls processed. This may already be the case in this step Airgel granules are placed between the fibers. Otherwise these balls then together with the airgel granules z. B. in one Mixer mixes until the airgel particles between them as evenly as possible distributed the fibers. In this step or after the binder sprayed as finely as possible onto the mixture, which is then in a mold if necessary, under pressure to the temperature necessary for binding brought. After that, the composite is made using conventional methods dried.
Wird als Bindemittel ein Schaum verwendet, so kann das Verbundmaterial je nach Art des Schaums auch folgendermaßen hergestellt werden.If a foam is used as the binder, the composite material can according to the type of foam can also be produced as follows.
Wird der Schaum durch Expansion expandierbarer Granulatkörner in einer Form wie im Fall von expandiertem Polystyrol hergestellt, so werden alle Komponenten innig vermischt und dann typischerweise erhitzt, vorteilhaft mittels Heißluft oder Dampf. Durch die resultierende Ausdehnung der Partikel wird der Druck in der Form erhöht, wodurch das Zwickelvolumen von dem Schaumstoff ausgefüllt und die Aerogel-Partikel in dem Verbund fixiert werden. Nach dem Abkühlen wird das Verbundstoff-Formteil der Form entnommen und gegebenenfalls getrocknet.The foam is expanded into expandable granules in a mold as in the case of expanded polystyrene, so are all Components intimately mixed and then typically heated, advantageous using hot air or steam. Due to the resulting expansion of the particles the pressure in the mold is increased, causing the gusset volume of the Foam filled and the airgel particles are fixed in the composite. After cooling, the composite molding is removed from the mold and optionally dried.
Wird der Schaum durch Extrusion oder Expansion eines flüssigen Gemisches mit nachfolgender Verfestigung erzeugt, können die Fasern der Flüssigkeit beigemischt werden. Die Aerogel-Partikel werden mit der entstandenen Flüssigkeit gemischt, die dann aufschäumt.Is the foam by extrusion or expansion with a liquid mixture subsequent solidification, the fibers of the liquid be added. The airgel particles are created with the Mixed liquid, which then foams.
Soll das Material mit einer Deckschicht versehen werden, so kann diese beispielsweise vor bzw. nach dem Befüllen einer Form in diese eingelegt werden, so daß die Kaschierung und die Formgebung in einem Arbeitsschritt stattfinden können, wobei als Bindemittel für die Kaschierung vorzugsweise das Verbundstoff-Bindemittel benutzt wird. Es ist aber ebenso möglich, den Verbundstoff erst im nachhinein mit einer Deckschicht zu versehen.If the material is to be provided with a cover layer, this can be done for example, inserted into a mold before or after filling it be so that the lamination and the shape in one step can take place, preferably as the binder for the lamination Composite binder is used. But it is also possible that Only add a top layer to the composite afterwards.
Die Form des Formteils, das aus dem erfindungsgemäßen Verbundstoff besteht, ist in keiner Weise beschränkt; insbesondere kann der Verbundstoff in Plattenform gebracht werden.The shape of the molded part, which consists of the composite material according to the invention, is in no way limited; in particular, the composite in Plate shape.
Aufgrund des hohen Anteils an Aerogel und dessen geringer Wärmeleitfähigkeit eignen sich die Verbundstoffe sehr gut zur Wärmedämmung.Due to the high proportion of airgel and its low thermal conductivity the composites are very well suited for thermal insulation.
Der Verbundstoff kann, z. B. in Form von Platten, als Schallabsorptionsmaterial direkt oder in der Form von Resonanzabsorbern für die Schalldämmung verwendet werden. Zusätzlich zu der Dämpfung des Aerogel-Materials tritt nämlich je nach Porosität durch makroskopische Poren eine zusätzliche Dämpfung durch Luftreibung an diesen makroskopischen Poren im Verbundmaterial auf. Die makroskopische Porosität kann durch die Veränderung von Faseranteil und -durchmesser, Korngröße und Anteil der Aerogel-Partikel und Art des Binders beeinflußt werden. Die Schalldämpfung in ihrer Frequenzabhängigkeit und ihrer Größe kann über die Wahl der Deckschicht, der Dicke der Platte und der makroskopischen Porosität in dem Fachmann bekannter Weise verändert werden.The composite can e.g. B. in the form of plates, as sound absorption material directly or in the form of resonance absorbers for sound insulation be used. In addition to cushioning the airgel material occurs namely, depending on the porosity due to macroscopic pores Damping by air friction on these macroscopic pores in the Composite material. The macroscopic porosity can be changed of fiber content and diameter, grain size and proportion of airgel particles and type of binder can be influenced. The sound absorption in their Frequency dependence and its size can be determined by the choice of the top layer Plate thickness and macroscopic porosity known to those skilled in the art Way to be changed.
Die erfindungsgemäßen Verbundmaterialien eignen sich weiterhin aufgrund der makroskopischen Porosität und besonders der großen Porosität und spezifischen Oberfläche des Aerogels auch als Adsorptionsmaterialien für Flüssigkeiten, Dämpfe und Gase.The composite materials according to the invention are also suitable on the basis of macroscopic porosity and especially the large porosity and specific Surface of the airgel also as adsorption materials for liquids, Vapors and gases.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben:The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments described:
Es werden 140 g eines organisch modifizierten SiO₂-Aerogels (77 Vol.-%), 75 g Melaminformaldehydpulverharz Madurit® MW 909 (10 Vol.-%) und 17,5 g Mikrocellulose Typ 402-2B der Firma Mikrotechnik, Miltenberg am Main (13 Vol.-%) innig vermischt. Der Aerogel-Granulat, das analog dem Beispiel der DE-A-43 42 548 hergestellt wurde, hat eine Korngröße im Bereich von 50 bis 250 µm, eine Schüttdichte von 0,117 g/cm³, eine BET-Oberfläche von 540 m²/g und eine Wärmeleitfähigkeit von 18,4 mW/m·K. Der Boden der Preßform mit einer Grundfläche von 30 cm × 30 cm wird mit Trennpapier ausgelegt, darüber kommt ein Siebgewebe mit Maschenweite 5 mm. Darauf wird die aerogelhaltige Preßmasse gleichmäßig verteilt, mit einem Siebgewebe von 5 mm Maschenweite bedeckt und das ganze mit einem Trennpapier abgedeckt. Es wird bei einer Temperatur von 160°C und einem Druck von 20 bar 9 Minuten mit anschließender Rückkühlung gepreßt. Der als stabile Platte erhaltene Formkörper hat eine Dichte von 0,38 kg/m³ und eine Wärmeleitfähigkeit von 37 mW/m·K.There are 140 g of an organically modified SiO₂ airgel (77 vol .-%), 75 g Melamine formaldehyde powder resin Madurit® MW 909 (10 vol.%) And 17.5 g Microcellulose type 402-2B from Mikrotechnik, Miltenberg am Main (13 vol.%) Intimately mixed. The airgel granulate, which is analogous to the example of DE-A-43 42 548 has a grain size in the range of 50 to 250 µm, a bulk density of 0.117 g / cm³, a BET surface area of 540 m² / g and a thermal conductivity of 18.4 mW / m · K. The bottom of the Press mold with a base area of 30 cm × 30 cm is made with release paper laid out, a sieve mesh with a mesh size of 5 mm. Thereon the airgel-containing molding compound is evenly distributed with a sieve covered by 5 mm mesh size and the whole with a release paper covered. It is at a temperature of 160 ° C and a pressure of 20 bar pressed for 9 minutes with subsequent recooling. The one as a stable plate obtained molded body has a density of 0.38 kg / m³ and a Thermal conductivity of 37 mW / m · K.
Es werden 140 g eines organisch modifizierten SiO₂-Aerogels aus Beispiel 1, 75 g Melaminformaldehydpulverharz Madurit® MW 909 und die in der Tabelle 1 angegebenen Füllstoffe innig vermischt und in einer Presse mit einer Grundfläche von 30 cm x 30 cm bei einer Temperatur von 160°C und einem Druck von 10 bis 20 bar 10 Minuten gepreßt. Die Dichten der erhaltenen Platten sind in Tabelle 1 aufgeführt. 140 g of an organically modified SiO₂ airgel from Example 1 are 75 g melamine formaldehyde powder resin Madurit® MW 909 and those in Table 1 specified fillers intimately mixed and in a press with a Base area of 30 cm x 30 cm at a temperature of 160 ° C and one Pressed from 10 to 20 bar for 10 minutes. The densities of the plates obtained are listed in Table 1.
Es werden 90 g Melaminformaldehydpulverharz Madurit® MW 396 mit 100 g Kieselsäure Perkasil® KS 404, 30 g Mikrocellulose und 2,5 g Zinkstearat gründlich durchgemischt und in einer Presse mit einer Grundfläche von 12 cm × 12 cm bei einer Temperatur von 155°C und einem Druck von 270 bar 4 Minuten gepreßt. Der erhaltene Formkörper hat eine Dichte von 1,37 kg/m³ und eine Wärmeleitfähigkeit von 150 mW/m·K. 90 g melamine formaldehyde powder resin Madurit® MW 396 with 100 g Perkasil® KS 404 silica, 30 g microcellulose and 2.5 g zinc stearate thoroughly mixed and in a press with a base of 12 cm × 12 cm at a temperature of 155 ° C and a pressure of 270 bar 4 Minutes pressed. The molded body obtained has a density of 1.37 kg / m³ and a thermal conductivity of 150 mW / m · K.
Die Wärmeleitfähigkeiten der Aerogel-Granulate wurden mit einer Heizdrahtmethode (siehe z. B. O. Nielsson, G. Rüschenpöhler, J. Groß, J. Fricke, High Temperatures - High Pressures, Vol. 21, 267-274 (1989)) gemessen.The thermal conductivities of the airgel granules were measured using a Heating wire method (see e.g. O. Nielsson, G. Rüschenpöhler, J. Groß, J. Fricke, High Temperatures - High Pressures, Vol. 21, 267-274 (1989)).
Die Wärmeleitfähigkeiten der Formkörper wurden nach DIN 52612 gemessen.The thermal conductivities of the moldings were measured in accordance with DIN 52612.
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