DE2020670A1 - Glaskoerner enthaltender Baustoff und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

• Glaskörner enthaltender Baustoff und Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung bezieht sich auf einen heterogenen, Zellglas enthaltenden Baustoff geringen Gewichts, und zwar insbesondere auf einen geformten, zusammengesetzten, Zellglas enthaltenden flaustoffkörper, in welchem die Zellglaskörner von einander weg verlagert und mittels eines zweiten Werkstoffes in eine bestimmte Form gebunden sind.
• Zellglas ist ein anorganischer Werkstoff, der viele wUnschenswerte Eigenschaften aufweist. Es ist maßstabil, hat eine geringe Dichte sowie niedrige thermische Leitfähigkeit und kann beträchtlichen Druckkräften widerstehen. Zellglas wird im starken Maß als Isolierwerkstoff verwendet, und wenn die Zellen geöffnet werden, wie dieses in der USA-Patentschrift 2 596 659 beschrieben ist, auch als Schalld§m-Materlal bei der Erstellung von Gebäuden. Die Zellglasblöcke sind jedoch verhältnismäßig teuer herzustellen, und ihre Anwendbarkeit ist begrenzt, weil das Material bisher nur in rechteckigen BPöcksn begrenzter Größe hergestellt worden ist. Formen wie z.B. Rohrumhüllungen müssen dadurch gebildet werden daß Zellglasblöcke miteinander verleimt und dann in die gewünschten Formen geschnitten werden. Es hat sich als nicht möglich erwiesen, das Zellglas direkt in die gewünschte Endform zu bringen, und zwar wegen der hohen Temperatur, bei welcher dieser Werkstoff in plastischem Zustand ist.
• In der Verqangenheit sind auch geschichtete Teile entwickelt worden unter Verwendung eines Kern- oder Fullmaterials aus dünnwandigen hohlen Körnern, die mit einem pulverförmigen Metall und einem Wärmehartbaren Kunstharz Uberzogen sind. Ein derartiges Füllmaterial ist in der USA-Patentschrift 2 8o6 9o5 beschrieben. Dünnwandige Hohlkörper werden mit dem pulverförmigen Metall vermischt, und anschließend wird ein in einem Lösungsmittel gelöstes Kunstharz dieser Mischung zugesetzt. Das Lösungsmittel wird aus der Mischung herausgedampft, wobei trockene Hohlkörner mit einer Mischung aus dem Kunstharz und dem pulverförmigen Metall überzogen, erzeugt werden. Die überzogenen Körner werden sodann zwischen Randschichten eingebracht und einer erhöhten Temperatur sowie einer-Druckeinwirkung unterworfen, um das Kunstharz auszuhärten und die Körner miteinander und mit den Außenschichten zu verbinden. Diese Art von Schichtkörpern hat zwar ein verhältnismäßig geringes spezifisches Gewicht, ist aber spröde und zerbrechlich und hat keine hohe Dämpfungswirkung für elastische Welle und ist somit als SchalldAmpfungswerkstoff ungeeignet.
• Die dünnwandigen hohlen Körner haben die Folge, daß der Schichtkörper nur begrenzte Druckfestigkeit aufweist, und sowohl die Druckfestigkeit als auch die Zugspannung des Schichtkörpers hängt in erster Linie von den Außenschichten ab.
• Es besteht der Wunsch nach einem vielseitig verwendbaren Baumaterial, das folgende Forderungen erfüllen soll: Unbrennbarkeit, Dimensions-Stabilität und Wasserbeständigkeit, wie bei Zellglas, zusätzlich aber billige Herstellbarkeit und die Möglichkeit mit geringen Kosten eine Formgebung zu erzielen. Für viele Anwendungsfälle ist es wissenswert, daß das Baumaterial Nagelhaltekraft und eine hohe Dämpfung für elastische Wellen, so daß es Schall nicht überträgt, aufweist.
• Ein derartiges Baumaterial kann als Bauplatte in vertikalen vorgehängten Wandkonstruktionen und als Ersatz für bis jetzt bekannte Bauplatten beiliebiger Art verwendet werden.
• Es hat sich gezeigt, daß ein zusammengesetztes Teil aus leichtgewichtigen Zellglaskörnern und einem beschäumten organischen Binder die vorstehend geschilderten, erwünschten Eigenschaften von Zellglasblöcken insofern hat, als ein solches Teil niedrige thermische Leitfähigkeit hat und innerhalb eines breiten Temperaturbereichs dimensionsstabil ist. Das zusammenge setzte Bauteil ist zäh und verhältnismäßig flexibel, weil die Zellglaskdrner durch den geschäumten organischen Binder etwas voneinander weg verschoben sind.
• Das zusammengesetzte Teil überträgt Schall schlecht und ist ausgezeichnet als Werkstoff für vorgehängte Wandkonstruktionen geeignet. Der zusammengesetzte Werkstoff kann in Plattenform als Bauteil verwendet werden und so hergestellt werden, daß er Nägel oder andere Arten von Befestigungsmitteln festhält. Der zusammengesetzte Baustoff ist billig herzustellen und vielfältig verwendbar insofern, daß aus ihm ein geringes Gewicht und hohe Festigkeit aufweisende, verwickelt geformte Körper erzeugt werden können. Der geschäumte organische Binder gestattet die unmittelbare Verbindung mit Oberflachen-Werkstoffen, wie z.B. Holzfurnir, Aluminium, Papier und dergleichen ohne die Verwendung zusätzlicher Additieve oder VerfahrenssehritteO Weil Bauteile oder Platten direkt in Endform geformt werden können, tritt nur ein Minimum an Schnittverlust (Verschnitt) auf.
• Der zusammengesetzte Baustoff hat, baulich gesehen, vorteilhafte Eigenschaften insofern, als er beträchtliche Druckbelastungen aufnehmen kann und ausgezeichnete feuerhemmende Eigenschaften hat. Der organische Binder kann ein nicht schmelzender und selbstlöschender Binder sein, und der zusammengesetzte Baustoff hat, von praktischen Gesichtspunkten aus gesehen verbesserte Flammenhemm-Eigenschaften.
• Die Menge des zur Erzeugung der Mischung erforderlichen organischen Materials ist der kleinere Volumenteil, der aus Glas und organischem Stoff bestehenden Mischung. Aus diesem Grund und aus anderen Gründen, die nicht vollständig geklärt sind, hat die Mischung eine bessere Feuerbeständigkeit als der organische Binder selbst für sich allein.
• Eine Ausführung der Erfindung ist auf ein zusammengesetztes Baumaterial gerichtet, das als Hauptbestandteil etwa kugelförmige Zellglaskörner enthält, die in zufälliger, einander benachbarter Lage, jedoch im Abstand voneinander, liegen, während als zweiter Bestandteil ein geschäumtes oder zellförmiges organisches Kunststoffmaterial vorgesehen ist, das die Zwischenräume zwischen den Zellglaskörnern vollständig ausfüllt.
• Ein Verfahren zur Formung eines geformten, zusammengesetzten Baustoffkdrpers, wie Z.B. einer Bauplatte besteht darin, eine vorbestimmte Menge der miteinander reagierenden Bestandteile des organischen Kunststoffmaterials in eine entsprechende Form einzubringen, die eine Formaussparung der gewünschten Form und Grösse hat. Sodann werden Zellglaskörner in die Formaussparung hineingeschüttet, so daß der Rest der Formaussparung völlig ausgefüllt wird. Die Form wird dann auf eine erhöhte Temperatur erhitzt, so daß die organischen Kunststoffbestandteile miteinander reaqieren und polymerisieren und auch das organische Kunststoffmaterial geschäumt das heißt also in Zellform gebracht wird. Während der Schäumens oder der Zellenbildung des organischen Kunststoffmaterials werden die zwischen den Zellglaskörnern vorhandenen Zwischenräume vollständig durch das zellförmige organische Kunststoffmaterial ausgefüllt.
• Ein anderes Verfahren zur Formung eines zusammengesetzten Baustoffkörpers, wie z.B. einer Platte, besteht darin, daß ein geeigneter organischer Binder, der ein Verschaumungsmittel enthält, in eine Form oder in einen sonstigen. BehAlter eingespritzt wird und gleichzeitig Zellglaskörner in den Behälter eingeblasen werden auf solche Weise, daß das eingesprühte Material auf die Zellglaskörner auftrifft mit der Wirkung, daß diese sich aneinander anhängen. Gleichzeitig oder kurz danach expandiert das organische Material durch Verschäumung und füllt die freien Zwischenräume zwischen den Zellglaskörnern aus. Wenn die gesamte Oberfläche der Körner durch Besprühen mit organischem Material überzogen ist, dann kann es möglich sein, die Glaskörner etwas voneinander weg zu verschieben, wenn die Mischung während des Zellbildungsprozesses frei expandieren gelassen wird.
• Hauptaufgabe der Erfindung ist also die Schaffung eines nicht spröden Materials, das im wesentlichen aus Zellglas besteht und bei einer Temperatur formbar ist, die beträchtlich niedriger liegt als die- Erweichunastemperatur von Glas. Es soll ein neues und vorteilhaftes zusammengesetztes Baumaterial geschaffen werden, das als einen seiner Bestandteile ein wenig kostendes, dimensionsmdßig nicht stabiles Material enthält, während aber dann das zusammengesetzte Material innerhalb eines breiten Bereichs von Temperaturschwankungen dimensionsstabil ist. Das Baumaterial soll als Hauptbestandteil Zellqlaskörner enthalten, die durch einen geeigneten Binder in der Weise miteinander verbunden sind, daß die Nichtbrennbarkeit und die Wasserbeständigkeit der Glaskörner auch als wesentliche Eiqenschaft der zusammengesetzten Mischung erhalten bleiben. Durch die Erfindung soll also ein einheitliches Baumaterial geschaffen werden, das als Hauptbestandteil Zellglaskörner und als zweiten Bestandteil ein geschäumtes oder zellförmiges orqanisches Kunststoffmaterial enthält, welches die Zwischenräume zwischen den Zellglaskörnern ausfüllt. Ein aus diesem Werkstoff hergestellter Baustoffkörper soll ein hohes Volumen än ZelLqlas enthalten und zäh sowie von leichtem Gewicht sein, hohe Zugfestigkeit, niedrige thermische Leitfähigkeit und verbesserte Schalldämpfung aufweisen, so daß dieser Werkstoff auch als Schalldämmung vorteilhaft verwendbar ist.
• In Folgendem wird zwecks näherer Erläuterung der Erfindung auf die Zeichnung Bezug genommen.
• Figur 1 - ist ein schematisches Strömungsdiagramm der bei einer Ausführungsform der Erfindung angewandten Verfahrensstufen.
• Figur 2 - ist ein Querschnitt durch das erfindunqsgemäße Baumaterial Figur 3 - ist ein vergrößerter Schnitt des erfindungsgemäßen Baumaterials, das im einzelnen die etwas voneinander wegbewegten Zellgiaskörner zeigt, und außerdem den Dichteunterschied des geschäumten organischen Materials, der erzielt wird, wenn die Zwischenräume zwischen den einander benachbarten Zellglaskörnern ausgefüllt werden Figur 4 - ist eine teilweise geschnittene Ansicht eines einzelnen Zellglaskorns.
• Figur 5 - zeigt in graphischer Darstellung die thermische Leitfähigkeit bei einer Mitteltemperatur von 10 °C des Baustofflarpers bei verschiedenen Zellalaskorndichten.
• Die Figuren 6 und 7 - zeigen die überragenden Schalldämpfungseigenschaften des zusammen; -gesetzten Materials nach der Erfindung.
• In Figur 1 der Zeichnung ist schematisch ein Verfahren zur Erzeugung eines verbesserten Baumaterials gezeigt, das als Hauptbestandteil Zellglaskörner und als zweiten Bestandteil ein zellförmiges Polyurethan-Material enthält. Die Zellglaskörner und ein Verfahren zur Herstellung der Glaskörner ist in der USA-Patentschrift 3 354 o24 beschrieben.
• Die Zellglaskörner sind in etwa kugelförmig und können in unterschiedlichen Dichten und Größen hergestellt werden. Die Körner in dem zusammengesetzten Material haben eine Dichte von etwa 160 kg/m³ und weise geschlossene Zellen auf. Die Zellglaskörner haben einen Kern aus zeliförmigem glasartigem Material mit einer Vielzahl von kleinen anhängenden Glasblasen und eine dünne Außenhaut aus glasartigem Material mit einer Zusammensetzang, die anders ist als die Zusammensetzung des Kerns aus glasärtigem Material. Die Zellglaskörner werden dadurch gebildet, daß Glasteilchen und ein Bellbildungsmittel mit einem flüssigen Binder, der kieselsaures Natron enthält vermischt wird. Diese Mischung wird pelletisiert (granuliert) und die Pellets oder Granulate werden -getrocknet, so daß das kieselsaure Natron -in Richtung zur Pellet- oder Granulat-Oberfläehe wandert kann. Die getrockneten Pellets oder Granulate werden mit Aluminiumoxydhydrat überzogen und dann der Zellbildungstemperatur von etwa 865 OC unterworfen. Die Pellets gehen in Zellform über und bilden Zellglaskdrner mit einem Kern von gleichmäßigen geschlossenen Zellen. Das Aluminiumoxydhydrat reagiert mit dem kieselsauren Natron unter Bildung einer innen, durchgehenden Schicht aus glasartigem Material, das an dem Korn eine chemisch beständige Oberfläche erzeugt.
• Die zellförmigen Körper absorbieren wegen ihrer geschlossenen Zellen das organische Kunststoffmaterial während der Zellbildung des letztgenannten Materials nicht; hierdurch ist es möglich, nur kleine Volumenanteile dieses organischen Materials zu verwenden. Volumenverhältnisse in einer Höhe von 30 Anteilen Zellglaskörnern zu einem Teil nichtgeschäumten Kunststoffmaterial konnten erreicht werden, indem die Zell glaskörner verwendet wurden, die in der weiter oben genannten USA-Patentschrift beschrieben sind, wobei nach der Zellbildung des Kunststoffmaterials etwa gleiche Volumen der Zellglaskörner und des geschäumten oder geblähten Kunststoffmaterials erzielt werden, so daß eine beträchtliche Druckfestigkeit erzielt wird. Einzellage Körner haben nicht die innere rippenförmige Struktur der vielzelligen Glaskörner und haben daher auch nicht dieselbe Druckfestigkeit wie die vielzelligen Glaskörner.
• Obgleich die Körner eine Dichte von etwa 160 kg/m³ haben, wasetwa dieselbe Dichte ist, wie sie ein Zellglashlock aufweist, beträgt die effektive Dichte, mit anderen Worten das Schüttgewicht der Zellglaskörner, wenn sie in ein geformtes Baumaterial eingeformt werden, nur noch etwa 96 kg/m3.
• Dieses wesentlich geringere Schüttgewicht ist eine Folge der Zwischenräume zwischen den etwa kugelförmigen zellenförmigen Körpern. Es ist deshalb möglich, ein Bauteil mit Zellglaskörnern zu erzeugen, das eine geringere Dichte aufweist als ein Bauteil, das aus einem Zellglasblock erzeugt wird. Das aus dem zusammengesetzten Material erzeugteBauteil ist daher leichter als ein entsprechendes Bauteil, das ausschließlich aus Zellglas gebildet wird, Das geschäumte Kunststoffmaterial hat eine Dichte, die wesentlich geringer als diejenige von Zellglas ist, und wenn die Zwischenräume zwischen den Zellglaskörnern mit dem geschäumten Kunststoffmaterial ausgefüllt werden, ist das entstehende Bauteil immer noch wesentlich leichter als ein Zellglasblock Zunächst werden die Bestandteile der Polyurethanformel auf die folgende Art und Weise vorbereitet: Geeignetes Polyol und/oder Polyester werden mit einem organischen Polyisocyanat reagiert unter Bildung von Urethan. Es kann ein fiberschuss an Polyisocyanat vorhanden sein, um später mit Wasser zu reagieren während der Kreuzverkettung, um ein gasformiqes Blähmittel zur Verschäumung des Polyurethanmaterials zu bilden.
• Wahlweise kann auch praktisch das gesamte Polyisocyanat mit dem Polyol reagieren und ein mit einem Salzbildner substituiertes Alkan niedrigen Mölikulargewichts kann während der Kreuzverkettung des Polyurethans als Bläh-oder Schäummittel verwendet werden.
• Die miteinander zu reagierenden Bestandteile werden in einer geeigneten Mischvorrichtung mit einem Oberflächenbenetzungsmittel und einem geeigneten Katalisator homogen vermischt, um das Maß der Reaktion steuern zu können.
• Beispielsweise geeigente Katalisatoren sind tertiäre amine, metallorganische Stoffe, wie z.B. Kobald- und Nickelnathenate und Leinoelsäure. Andere, allgemein bekannte Oberflächenbenetzungsmittel können verwendet werden, um während des Schäumvorganges die Zellgröße beeinflussen zu können. Formeln und Verfahren zur Erzeugung geschäumter Polyurethan-Werkstoffe sind in den USA-Patentschriften 3 629 209; 3 o21 290 und 3 o72 582 beschrieben und sind nicht Teil der vorliegenden Erfindung.
• Die homogene Mischung der organischen Pestandteile des Katalisators, des Oberflächenbenetzungsmittels und des Blähmittels werden sodann auf den Boden einer Formaussparung gebracht. Sodann werden Zellglaskörner in die Formaussparung hineingeschüttet, so daß sie die Form vollständig ausfüllen. über die Formaussparung wird ein Deckel angebracht, und es kann jetzt die Reaktion und die Verschäumung stattfinden, die erforderlich ist, um zellförmiges Polyurethan zu erzeugen. Die Reaktion und die Verschäumung können, wenn gewiinscht, unterstützt werden, indem die gefüllte Form durch geeignete Mittel, wie z.B. durch einen Ofen, erhitzt wird. Es hat sich herausgestellt, daß ein geeignetes zellförmiges Polyurethan gebildet und gehärtet werden kann, indem die Form etwa 30 Minuten lang auf einer Temperatur von etwa 15o OC gehalten wird. Es ist jedoch daraufhinzuweisen, daß durch Veränderung des Verhältnisses der unterschiedlichen Bestandteile in der Zusammensetzungsformel die Härtezeit und die Temperatur verändert werden können innerhalb eines Bereichs von wenigen Minuten bis zu mehreren Stunden an Aushärtezeit und von Umgebungstemperatur bis zu etwa 2&o 0C für die Aushärtetemperatur. Während des Verschäumens expandiert das Polyurethan in der Form und füllt die Zwischenräume, die zwischen den Zellglaskörnern liegen, aus, so daß es als Binder dient und die Zellglaskörner in der Form, welche die Formaussparung hat, hält und damit einen halbstarren Baustoffkörper bildet.
• Die Dicke der Schicht zwischen den Glaskörnern beeinflußt die Eigenschaften der Gesamtmischung; diese Dicke kann gesteuert werden durch die Größe der Formaussparung, die Eigenschaften der Glaskörner und der Polyurethan-Bestandteile, die in die Formaussparung eingebracht werden, die Dichte der Glaskörner und die Größenverteilung derselben. Nach Beendigung der Reaktion wird der halbstarre Baustoffkörper aus der Form herausgenommen werden und kann beschnitten und qeformt werden, wenn noch irgendwelche zusätzlichen Veränderungen des geformten Körpers erforderlich sind.
• In Figur 3 ist das geschäumte Polyurethan-Material oezeiat, das unterschiedliche Dichten aufweist, die sich erheben, wenn das Polyurethan-Material aufschäumt und die Zwischenräume zwischen den Zellglaskörnern ausfüllt. In Figur 3 sind die Körner insgesamt mit lo bezeichnet; sie liegen in zufälliger Anordnung innerhalb des geschäumten Polyurethan-Materials. Die Zellglaskörner lo liegen an ihren Außenflächen 12 aneinander an, wenn sie in die Formaussparung hineingeschüttet werden. Während des Schäumens vergrößert sich das Volumen des Polyurtthan-Materials, und dieses fließt zwischen die nebeneinander liegenden Zellglaskörner. Das Polyurethan-Material hat eine verhältnismäßig hohe Viskosität und schäumt zwischen den einander benachbarten Oberflächen der Glaskörner nicht in gleichstarken Maße wie in den anderen freien Räumen. Das hat die Folge, daß die Dichte an verschiedenen Stellen innerhalb des Gesamtmaterials stark unterschiedlich ist. Beispielsweise hat das insgesamt mit 14 bezeichnete eschäumte Polyurethan-Material zwischen denOberflächen 12 eine wesentlich größere Dichte als das geschäumte Polyurethan-Material in dem freien Raum, der mit der Bezugsziffer 16 bezeichnet ist. Es wird angenommen, daß der Polyurethan-Schaum 14 zwischen den Oberflächen 12 eine Dichte zwischen 64 und 80 kg/m3 hat, während das Polyurethan-Material an der Stelle 16 eine Dichte von unterhalb 32 ks/m3 haben kann. Das eine hohe Dichte aufweisende Polyurethan-Material hat viele wünschenswerte Eigenschaften, vergleichen mit Polyurethan-Material geringer Dichte, so daß das zusammengesetzte Material kräftig und steif wird. Die Entdeckung, daß ein geschäumter Binder, wenn er mit geschlossenen, nicht absorbierenden kugelförmigen Körpern verwendet wird, sich so wie in Figur 3 gezeigt verhalten kann, ist ein Teil der Erfindung. Die hohe Dichte ist natürlich auf einen nur kleinen Volumenanteil des insgesamt verwendeten Binders begrenzt.
• Auf diese Weise werden die überragenden mechanischen Eigenschaften der Schaumstoffe hoher Dichte für die Gesamtmischung ausgenutzt, während aber gleichzeitiq die Menge des Binders so stark beschränkt ist, daß für die Mischung auch deren durch das enthaltene Zellglas erzielten Eigenschaften aufrecht erhalten bleiben.
• Wenn eine Bauplatte mehrere Zentimeter dick hergestellt werden soll, so wird eine rechteckige, seichte-Form verwendet, und es können dann während des Verschäumungsvorganges Außenhautwerkstoffe, wie z.B. Aluminiumfolie, Papier, Holzfurniere und dergleichen unmittelbar durch den Polyurethan-Schaum mit dem Gesamtbauteil verbunden werden.
• Die Bauplatten, die nach dem vorstehend geschilderten Verfahren hergestellt werden, sind gleichmäßig insofern, als die Zellglaskörner praktisch gleichmäßig in dem gesamten 2ellförmigen Polyurethan-Material verteilt sind. In dem zusammengesetzten Baustoff kann das Polyurethan-Material, ähnlich der kontinuierlichen Phase, und die Zellglaskörner können, ähnlich der diskontinuierlichen Phase, gemacht werden. Der zusammengesetzte Werkstoff ist ein heterogenes System, in welchem die gewünschten Eigenschaften beider Bestandteile einander unterstützen. Beispielsweise macht das verhältnismäßig zähe Polyurethan-Material die Sprödigkeit der Zellglaskörner unwirksam. Die niedrige Dichte sowohl der Zellglasköxner als auch des zellförmigen Polyurethan-Materials führen zu einem zusammengesetzten Bau stoff der gewünschten niedrigen Dichte und niedrigen thermischen Leitfähigkeit.
• Die Starrheit der Zeliglaskörier schafft die gewünscht mechanische Festigkeit, insbesondere gegenüber Druckkräften.
• Eine weitere, nicht zu erwartende, jedoch sehr wünschenswerte Eigenschaft des zusammengesetzten Baustoffes ist seine Dimensionsstabilität (Maßhaltigkeit). Temperaturen von 175 OC können aufgenommen werden mit einer Volumenveränderung von nur etwa 1 - 2%, während das Schrumpfen bei etwa minus 6o OC so gering ist, daß es nicht bestimmbar ist. Die beschleuniqte Feuchtigkeits-Alterungsprobe geschäumter Kunststoffmaterialien wird normalerweise bei 70 °C und loo relativer Feuchtigkeit während vier Wochen durchgeführt. Dieser Versuch zeigte Volumenvergrößerungen von weniger als 5%,verglichen mit mehr als lo% bei Polyurethanschaum, der aus besseren Urethanmaterialien hergestellt ist. Eine weitere, dem zusammengesetzten Baustoff anhaftende Eigenschaft ist sein Gefrier- Tauwiderstand. Unter solchen Verhältnissen zeigt der zusammengesetzte Baustoff nur geringe Ausfallerscheinungen, und diesen Bedingungen unterliegen Bautenteile, die der Witterung ausgesetzt sind, häufig in sehr starkem Maße.
• Verschiedene Bauplatten einer Stärke von ungefähr 50 mm, die nach dem vorstehend geschilderten Verfahren hergestellt waren, wurden einem Nagelhaltetest unterworfen. Die Bauplatten wurden verglichen mit einer handelsüblichen Gips-Wandplattb von 9.5 mm Dicke, eine Polyurethanplatte von 60 mm Dicke, mit einer Dichte von 30.4 kg/m³ Dichte und einem Zellglasblock einer Dicke von So mm und einer Dichte von 144 kg/m3.
• Die folgende Tabelle der Herausziehkraft in kg, die erforderlich war zum Herausziehen der Nägel und anderer Befestigungsmittel zeigt die überlegene Nagelhaltekraft einer zusammengesetzten Platte, die als Hauptbestandteil Zellçaskörner und als weiteren Bestandteil geschäumtes Polyurethan enthält. Die zusammengesetzten Platten nach den Beispielen 5 und 6 wurden gebildet mit Körnern genau dergleichen Größe. Die Dichte der Körner in allen Beispielen war etwa dieselbe.
• Bei den Beispielen 5 und 6 hatten die Körner etwa dieselbe Grösse, während bei Beispiel 7 zwei Kornarten unterschiedlichen Grössen verwendet wurden.
• Zusammenfassung der zusammengesetzten Nagelhaltekraft Kraft(Zug) zum Herausziehen in Kg Gegenstand Gewindenagel 6 d Kistennagel 2x8 Schraube Bemerkungen Beispiel 1 Gips-Wandplatte handelsübliche 9.5 mm dick 1.27 - 2.49 2.36 - 3.90 20.2 - 29.8 Qualität Beispiel 2 geschäumtes Polyurethan (30.4 kg/m³) 50 mm dick 0.54 - 0.95 0.91 - 1.04 7.04 - 8.94 handelsübliche Qualität Beispiel 3 Zellglasblock handelsübliche 50 mm dick null null null Qualität Gegenstand Gewindenagel 6 d Nagel 2x8 Schraube Bemerkungen Beispiel 4 zusammengesetzte Korn- und Platte 50 mm dick null 0.45 - 1.09 7.08 - 7.85 Urethan-Dichte Beispiel 5 zusammengesetzte Plate 50 mm dick 0.27 - 0.59 1.04 - 3.27 7.45 - 11.85 Korn- und Urethan-Dichte Beispiel 6 zusammengesetzte Korn- und Platte 50 mm dick 0.27 - 1.68 1.36 - 3.40 17.7 - 331.1 Urethan-Dichte Beispiel 7 zusammengesetzte nicht zur 1.13 - 5.63 nicht zur unterschiedlich Platte 50 mm dick Verfügung Verfügung groß Körner 96.1 kg/m³ Urethan Bemerkung: Die angegebenen Zahlen entsprechen den werten von 6 Mustern für jeden Versuch.
• Aus der vorstehenden Tabelle ist ersichtlich, daß die zusammengesetzten Platten überlegene Nagelhaltekraft haben, verglichen mit entweder einer Platte aus Zellglas oder einer Platte aus geschäumten Polyurethan, welchesja die Bestandteile der zusammengesetzten Platte sind, Wenn unterschiedlich große Zellglaskörner in der zusammengesetzten Platte verwendet werden, so wird die Nagelhaltekraft verbessert, verglichen mit einer Platte, bei der nur eine einzige Korngröße verwendet wird.
• Die Nagelhaltekraft des zusammengesetzten Materials wird teilweise der Zerbrechlichkeit der Zellglaskörner zugeschrieben, Der organische Schaum geringer Dichte, der in dem zusammengesetzten Baustoff vorhanden ist, ist selbst nicht zäh genug, um Nägel zu halten, und hat daher für sich allein nur geringe Nagelhaltekraft. Die Zellglaskörner in dem zusammengesetzten Baustoff haben die gewünschte Steif igkeit zur Folge, und außerdem wird angenommen, daß Glasteilchen von den Glaskörnern durch den Nagel abgerieben werden, wenn er in den zusammengesetzten Baustoff eintritt, und damit eine Erhöhung der Reibungskraft zwischen dem Nagel und dem geschäumten organischen Material bewirken.
• Figur 5 zeigt die verbesserte thermische Leitfähigkeit der zusammengesetzten Platte bei etwa 9 °C. Die zusammengesetzte Platte mit einer Zellglaskorn-Dichte von etwa 144 kg/m3 hat eine ausreichend niedrige thermische Leitfähigkeit, um als Ersatz für andere organische Kunststofform-Typen von Isoliermaterialien verwendet zu erden, die etwa die gleiche Dichte aufweisen.
• Die Figuren 6 und 7 zeigen den verbesserten akustischen Ubertragungsverlust (d.h. die Dämpfung) des zusammengesetzten Materials nach der Erfindung. Figur 6 zeigt in graphischer Darstellung die Dämpfungsleistung des erfindungsgemäßen zusammengesetzten Baustoffes,von Zellglas und von Blei. Die Kurve b zeigt den Ubertragunsverlust des erfindungsgemäßen zusammengesetzten Baustoffs, und die Kurven c und d zeigen den Ubertragungsverlust von Blei bzw. von Zellglas.
• Es ist allgemein bekannt, daß alle festen, nicht flexiblen werkstoffe elastische Eigenschaften haben, und in Vibration gelangen können, wenn sie durch eine äußere Kraft, wie beispielsweise Schallenergie erregt werden. Die elastischen Eigenschaften des Materials und die Oberflächendichte bestimmt den akustischen Ubertragungsverlust des Materials.
• Das Verhalten eines schlaffen Materials ist durch die gerade Linie "a" in Figur 6 dargestellt, wobei der übertragungsverlust des Materials, gemessen in Decibel (d 1 b) sich um 6 Decibel pro Oktave vergrößert. Die lineare Beziethng der Linie a wird allgemein auf das Massengesetzt zurückgeführt, nach dem das Maß der Vergrößerung der übertragungsverluste mit der Frequenz konstant bleibt bei allen Frequenzen. Die Kurven b, c, d weichen von dem Massengesetz ab bei einer Frequenz, die den zulässigen stehenden Wellen entsprechen. Bei der kritischen Frequenz gelangt das Material infolge seiner Steifheit in dem hesonderen, untersuchten Teil in Resonanz und schwingt mit einer Amplitude, die groß genug ist, um beträchtlich mehr Schall zu übertragen als dann, wenn das Material "schlaff" wäre und lediglich als eine Masse wirken würden, die durch die aufgenommene akustische Energie angetrieben wird.
• Da das untersuchte Material dem theoretisch idealen Verhalten folgt, nähern sich die Kurven der in Figur 6 gezeigten Art der geraden Linie. Ein Material, dessen Kurve sich der geraden Linie am meisten nähert, ist erwünschter als Baustoffmaterial, weil es eine stärkere Wirksamkeit bei der Verhinderung einer unerwünschten Ubertragung von Schall von einem Raum zu einem anderen aufweist.
• Figur 6 zeigt in klarer Weise die überlegenen Eigenschaften des zusammengesetzten Materials nach der vorliegenden Erfindung in dieser Beziehung. Die kritische Frequenz, bei der das zusammengesetzte Material von dem Massengesetzt abweicht, ist wesentlich niedriger als die kritische Frequenz sowohl für Blei als auch für Zellglas. Außerdem zeigt Figur 6, daß das zusammengesetzte Material nach der Erfinw dung einen herabgesetzten Ubertragungsverlust nur innerhalb eines verhältnismäßig schmalen Frequenzbandes aufweist, während Zellglas einen herabgesetzten fjbertragungsverlust während eines wesentlich breiteren Frequenzbandes aufweist, bevor die Anstiegsneigung dieser beiden Kurven sich wieder der. Anstiegsneigung der Kurve des Massengesetztes nähert. Die graphische Darstellung nach Figur 6 zeigt also klar die überlegenen und wünschenswerten elastischen Eigenschaften des zusammengesetzten Baustoffes nach der Erfindung, verglichen mit Zellglas.
• Die Daten für die Kurven in den Figuren 6 und 7 wurden erzielt, indem Stangen aus dem zusammengesetzten Material nach der Erfindung, aus Zellglas und aus 25.4 mm-slei im Querschnitt von 3o5 mm Länge bei unterschiedlichen Frequenzen Schwingungen unterworfen wurden. Die Messung der über diese Stangen übertragenen Schwingungen erfolgte durch die üblichen Pinrichtungen.
• Figur 7 zeigt in graphischer Darstellung die Grndc fÜr das überlegene -Verhalten der erfindungsgemäßen zusammengesetzten Mischung. Die Kurve e zeigt die Resonanzeigenschaften von Zellglas, wogegen die Kurve f die Resonanzeigenschaften des erfindungsgemäßen zusammengesetzten Materials zeigt. Die erste Resonanzfrequenz von Zellglas wurde gemessen bei einer Frequenz von etwa 2.5ovo Schwinungen pro Sekunde und die erste Resonanzfrequenz für das erfindungsgemäße zusammengesetzte Material wurde bei einer Frequenz von etwa 450 Schwingungen pro Sekunde gemessen. Diese Messungen wurden durchgeführt mit 305 mm langen Stangen.
• In der Praxis hat man es natürlich-mit dem Verhalten einer Wandfläche zu tun, die wesentlich größer ist als die im Versuch verwendeten Stangen. Infolge der wesentlich beträchtlicheren Größe würde die Resonanzfrequenz einer Wandfläche wesentlich niedriger liegen als die oben genannten Zahlen. Da die genaue Resonanefrequenz von sehr vielen Faktoren -abhängt und nur durch Messung an einer ganz bestimmten Wandkonstruktion bestimmt werden kann, kann die wesentliche Verschiebung auf eine wesentlich niedrigere Frequenz als richtig angenommen werden. Das Verhältnis der Höhe der Spitzen in der ersten Resonanzfrequenz zu der Breite der Spitzen, die bei halber Amplitude eingenommen werden, ist ein Maß für die innere Viskosedämpfungs-Eigenschaft sowohl des Zellglases als auch des erfindungsgemäßen zusammengesetzten Materials. Je kleiner das Verhältnis der Höhe zur Breite ist, um so größer ist die Dämpfung (der innere Energieverlust infolge einer unelastischen Volumenveränderung), und um so weniger Resonanz zeigt das Material.
• In Figur 7 ist klar erkennbar, daß das zusammengesetzte Material nach der Erfindung ein wesentlich kleineres Verhältnis der Höhe zur Breite aufweist als das Zellglas, und infolgedessen sind die Dämpfungseigenschaften des zusammengesetzten M aterials demjenigen von Zellglas bebeträchtlich überlegen. Aus den vorstehend beschriebenen und erläuterten graphischen Darstellungen ist ersichtlich, daß das zusammengesetzte Material in allen Beziehungen bezüglich der Herstellung von Bauteilen mit niedriger Schallübertragung dem Zellglas überlegen ist. Um einen Vergleich anzustellen, der damit die Nützlichkeit der Erfindung auf dem Baugebiet zeigt, muß die Dichte der Polyurethanschaum-Materialien niedrig gehalten werden, im allgemeinen niedriger als 32.0 kg/m³. Derartige Polyurethan-Schaume sind dafür bekannt, daß sie den Schall frei übertragen. Diese allgemein bekannte Tatsache kann niemanden darauf hinführen, die ungewöhnlich guten Eigenschaften des erfindungsgemäßen zusammengesetzten Materials zu erwarten.
• Das zusammengesetzte Material, das als Primär-Bestandteil die in etwa kugeligen Zellglaskörner und als zweiten Bestandteil ein geschäumtes organisches Polyurethan-Material enthält, zeigte die gewünschten Eigenschaften, das es die Druckfestigkeit der Zellglaskörner und die Zugfestigkeitseigenschaften des zusammengesetzten Materials abgewandelt durch das geschäumte Polyurethan aufweist. Das geschäumte Polyurethan bei praktisch anwendbaren Dichten hat, verglichen mit Zellglas, wesentlich unterlegene Druckfestigkeiten. In ähnlicher Weise haben andere Bindemittel, wenn sie soweit in der Dichte herabgesetzt werden, daß sie wirksam als Isoliermaterialien verwendet werden können, für sich selbst allein geringe Druckfestigkeit. Schaumbeton mit einer Dichte von 32o kg/m3 liegt bei etwa 3.52 kg/cm2.
• Zellglas weist dagegen, weil es spröde ist, gegenüber Zugbelastungen nur geringe Widerstandfähigkeit auf.
• Die Mischung jedoch hat die erwÜnschten Druckfestigkeitseigenschaften des Zellglases insofern, als die Z.ellglåskörner, obwohl sie in dem zusammengesetzten Baustoff rein zufällig orientiert sind, Durckkräften in einem wesentlich stärkerem Maße widerstehen als das geschäumte. Polyurethan, wodurch ein Baumaterial geschaffen wird, das beträchtlichen Durckkräften widerstehen kann. In entsprechender Weise ist das zusammengesetzte Baumaterial nach der Erfindung, weil es nicht vollständig starr und spröde ist, in gewissem Maße flexibel und hat insofern auch verbesserte Zugfestigkeitseigenschaften verglichen mit Zellglas.
• Es ist darauf hinzuweisen, daß der Polyurethan-Schaum mit den Zellglaskörnern in einer solchen Weise vermischt werden kann, daß der Polyurethan-Schaum durch die Zellglaskörner verteilt wird und diese verbindet benachbart der Oberfläche der Platte unter Bildung einer halbstarren Platte mit einem Kern von im wesentlich aneinander anliegenden, im wesentlichen kugelförmigen Zellglaskörnern. Die Zwischenräüme zwischen den Körnern im Kern sind bei dieser Anordnung luftleere Räume, die zu einer niedrigen thermischen Leitfehigkeit und zu ausgezeichneten Isolierungseigenschaften führen.
• Der Polyurethan-Schaum Lann auf die Oberfläche der Platte aufgebracht werden durch Verteilung einer vorbestimmten Menge der Schaum-Bestandteile auf die Bodenfläche der Form und sodann Aufsprühung einer Schicht der Schaum-Bestandteile in Mischung auf die Oberfläche der Körner, welche die Form praktisch :vollständig füllen. Während des Schäumens des Polyurethans expandieren die Bodenschichten des Polyurethans in Richtung auf die Mitte der Platte.
• Die Menge des Polyurethans in den Schichten würde jedoch nicht ausreichend sein, um bei Expansion des geschäumten Polyurethans sämtliche Zwischenräume zwischen den Körnern im Kern der Platte, d.h. also in deren Mittelschicht, auszufüllen.
• Da Polyurethan-Schaumstoffe viel wünschenswerte Eigenschaften haben, billig und leicht erhältlich sind, wurde das zusammengesetzte Baustoffteil beschrieben unter Bezugnahme auf die Verwendung dieser Art von geschäumten Material als eines seiner Bestandteile. Billige, sogenannte minderwertige geschäumte organische Materialien, die im Augenblick noch nicht im Handel erhältlich sind, mögen bei der Herstellung des zusammengesetzten Materials nach der Erfindung ebenfalls verwendet werden können, weil das geschäumte organische Material in seinen physikalischen Eigenschaften beträchtlich abweichen kann, ohne daß dabei die Eigenschaften des zusammengesetzten Materials nennenswert beeinträchtigt werden.
• Es wird angenommen. daß die Wendung dieser handelsmäßig nicht annehmbaren geschäumten Werkstoffe als -Bestandteil des erfindungsgemäßen Baumaterials möglich gemacht wird durch die Tatsache, daß dieses zusammengesetzte Material ein großes Volumen an Zellgiaskörnern enthält, wobei nur die Zwischenräume zwischen den etwa kugelförmigen Zellglaskörnern mit dem geschäumten organischen Kunststoffmaterial ausgefüllt sind. Es sollte deshalb hervorgehoben werden, daß viele billige, schäumbare organische Kunststoffwerkstoffe, wie z.B. Phenolharze und Polyvinyl-Mischungen verwendet werden können als zellförmiger Bin der für die Glas körner zwecks Bildung einer Bauplatte. Es soll außerdem erwähnt werden, daß Zugabewerkstoffe, wie Epoxy- oder Silikon-Mischungen ebenfalls geeignet sind, und zwar infolge der geringen Mengen des geschäumten Materials, die bei der erfindungsgemäßen Mischung erforderlich sind.
• Wie bereits weiter oben diskutiert wurde, bestehen die Zellglaskörner aus geschlossenem zelienfömigem Material. Infolge der Geschlosse-heit der Zellen der Zellgiaskörner ist es möglich, ein hohes Valumenverhältnis der Zellglaskörner zu dem Kunststoffmaterial zu ermöglichen.
• Bei bestimmten Typen von Bauplatten, bei denen ein zellenförmiger oder geechäumter organischer Binder unerwünscht ist, können auch andere Verbindungsstoffe verwendet werden, um die Zellglaskörner in einem geformten Bauteil miteinander zu verbinden. Beispielsweise können die verschäumbaren organischen Kunststoffwerkstoffe, darunter Urethane auch nicht-zellenförmig verwendet werden, um die zellförmigen Glaskörner mit einander zu verbinden. Organische thermoplastische oder warmhärtbare Kunstharze können verwendet werden, um die Körner zu einem geformten Bauteil miteinander zu verbinden.
• Anorganische Werkstoffe wie z.B. kieselsaures Natron und Mischungen hiervon können ebenfalls verwendet werden.
• Zementhaltige Werkstoffe, wie z.B. Zement, Kunststoff und Gips können ebenfalls-dazu verwendet werden, die Körner zu einem geformten Bauteil miteinander zu verbinden. In ähnlicher Weise können natürliche und synthetische Leime, Stärken und dergleichen als Klebmittel verwendet werden.
• Wenn Bauplatten aus Materialien geformt werden, die nicht verschäumt sind, so erhalten diese Platten eine beträchtliche mechanische Festigkeit durch die Kugelform der Zellglaskörner und durch die zwischenliegenden Füllstücke des nicht verschäumten Bindematerials, das durch die Einkapselung der kugelförmigen Zellglaskörner gebildet wird. Die Kugelform der Körner ist eine ideale Form für die Zwischenfüllung des Bindematerials derart, daß die Bauplatte einem Ausbeulen oder einer Ausknickung oder einer seitlichen Verschiebung der Zellglaskörner bei Druckkräften widersteht. In jedem Falle wird die Kombination der Zellglaskörper mit dem Bindematerial derart eingestellt, daß die Formbarkeit der kontinuierlichen Phase ausgenützt wird, um ein Material zu erzeugen, das volumenmäßig im wesentlichen aus Zellglas besteht, trotzdem aber in gewünschte Formen gebracht werden kann.
• Entsprechend den Vorschriften des Patentgesetzbs wurden die Prinzipien, die bevorzugte Konstruktion und die Arbeitsweise der Erfindung dargestellt und beschrieben, und zwar in derjenigen Form, die als die beste Verkörperung der-Erfindung angesehen wird. Jedoch ist ersichtlich, daß innerhalb des durch die Patentansprüche gekennzeichneten Erfindungsgedankens die Erfindung auch in anderer Weise verwirklicht werden kann, als es im einzelnen dargestellt und beschrieben worden- ist.

Claims (11)

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Geformter, zusammengesetzter,als Baukörper festes Baumaterial, dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen kugelförmige Zellglaskörner, vermischt mit einem Bindematerial enthält, wobei dieses Bindematerial aus einem flüssigen in einen festen Zustand übergeht bei Temperaturen, die wesentlich niedriger liegen als der Erweichungspunkt von Glas, und wobei dieses Bindematerial verwendet wird zur Verbindang der Zellgiaskörper in einen geformten Baustoffkörper, welcher Dfuckfestigkeitseigenschaften aufweist, die beträchtlich verändert sind durch die Druckfestigkeitseigenschaften der Zellglaskörper und Zugfestigkeitseigenschaften, die beträchtlich abgewandelt sind durch die Zugfestigkeitseigenschaften des mit den Zellglaskörpern vermischten Bindematerials.

2.) Geformtes Baustoffmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine thermische Leitfähigkeit von mindestens loz weniger als derjenigen der Zellglaskörper aufweist.

3.) Geformtes zusammengesetztes Baumaterial nach Anspruch 1 oder-2,dadurch gekennzeichnet, daß das Bindematerial ein organisches Kunststoffmaterial umfaßt.

4.) Geformtes zusammengesetztes Baustoffteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindematerial ein zellenförmiges organisches Kunststoffmaterial umfaßt, und dafldie Volumenverhältnisse der Zellgiaskörner und des nicht in Zellenform überführten Kunstsoffmaterials größer ist als 20 : 1.

5.) Geformtes zusammengesetztes Bauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daR die Zellglaskörner und das zellenförmige organische Kunststoffmaterial ein heterogenes System bilden, wobei das zellförmige organische Kunststoffmaterial die kontinuierliche Phase bildet und praktisch alle Zellgiaskörner in einem Film des organischen Kunststoffmaterials eingehüllt sind.

6.) Geformtes zusammengesetztes Baustoffmaterial, nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zellförmige organische Kunststoffmaterial die Zwischenräume zwischen den Zellglasköpnern praktisch vollständig ausfüllt.

7.) Geformtes zusammengesetztes Baustoffteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellglaskörner eine Dichte von etwa 160 kg/m³ aufweisen, während das zusammengesetzte Baustoffteil eine Dichte von etwa 128 kg/m3 aufweist.

8.) Geformtes zusammengesetztes Baumaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zusammengesetzte Baustoffteil eine größere Nagelhaltekraft aufweist als Baustoffteile, die entweder aus vielzähligem Glas oder aus zellförmigem organischem Kunststoffmaterial hergestellt sind.

9.) Geformtes zusammengesetztes Baustoffmaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zellfdrmige organische Kunststoffmaterial zellförmiges Polyurethan umfaßt, wobei das Volumenverhältnis der Zellglaskörner und des Polyurethan-Kunststoffmaterials in seiner nicht geblähten Form größer ist als 20 : 1, und wobei das zusammengesetzte Baumaterial eine kritische Resonanzfrequenz aufweist, die wesentlich niedriger liegt als die kritische Resonanzfrequenz von Zellglas und wobei das zusammengesetzte Baumaterial eine größere Innendämpfung aufweist als Zellglas, wodurch verbesserte akustische Ubertragungsverlust-Eigenschaften erzeugt werden.

lo.) Verfahren zur Herstellung eines geformten, zusammengesetzten Baustoffkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorbestimmte Menge organischer Kunststoffbestandteile in Schichtform auf den Boden einer Formaussparung aufgebracht wird, anschließend die Formaussparung mit im wesentlichen kugelförmigen, vielzähligen Glaskörnern gefüllt wird, und anschließend die organischen Kunststoffhestandteile in der Form miteinander reagieren gelassen werden, um ein zellförmiges Kunststoffmaterial zu erzeugen, das die Zwischenräume zwischen den etwa kugelförmigen Glaskörnern zumindest annähernd vollständig ausfüllt.

11.) Verfahren nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenfläche des Baustoffkörpers ein Oberflächenhautmaterial angebracht und dieses Oberflächenmaterial mit dem zellförmigen Kunststoffmaterial verbunden wird.

L e e r s e i t e