DE2114524A1

DE2114524A1 - Verfahren zur herstellung von schaumstoffen mit erhoehter festigkeit

Info

Publication number: DE2114524A1
Application number: DE2114524A
Authority: DE
Inventors: Peter Bauer
Original assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Current assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Priority date: 1971-03-25
Filing date: 1971-03-25
Publication date: 1973-07-12
Also published as: JPS5630180B1; SE363601B; FR2130111B1; IT952936B; CH533002A; FR2130111A1; DE2114524B2

Description

röhm

GmbH Darmstadt

Pat₀/Dr.Hri/Voi/9 ' """" 2 11452A

Verfahren zur Herstellung von Scnaumstoffen mit erhönter Festigkeit

Die Festigkeit von Schaumstoffen gegenüber Zug, Druck, Biegen usw. nimmt allgemein mit steigender Dichte zu. Bei der Verwendung von Scnaumstoffen als Konstruktionswerkstoff ergibt sich die erforderliche Mindestdichte aus den auftretenden Belastungen. Mit der Dichte ist somit auch das Gesamtgewicht der Konstruktion festgelegt und der möglichen Gewichtseinsparung gegenüber der Verwendung herkömmlicher Werkstoffe eine Grenze gesetzt. Diese kann nur überschritten werden, wenn Schaumstoffe mit einem günstigeren Verhältnis zwiscnen den Festigkeitseigenschaften und der Dichte eingesetzt werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, dieses Verhältnis zu erhöhen, d.h. Schaumstoffe zu scnaffen, deren Festigkeitseigenschaften gegenüber herkömmlichen Schaumstoffen gleicher Dichte aus dem gleichen Gerüstmaterial erhöht sind.

Die Lösung der Aufgabe macht sich dem Umstand zunutze, daß ein Werkstoff nur in den seltensten Fällen in allen drei Raumrichtungen gleich hohen Belastungen ausgesetzt ist. Ein Schaumstoff mit anisotropen Festigkeitseigenschaften der Art, daß das Verhältnis der Festigkeitswerte zur Dichte in einer oder zwei Raumrichtungen verbessert ist, würde bereits ein geringeres Konstruktionsgewicht zulassen, als ein isotroper Schaumstoff höherer Dichte, der die gleichen Festigkeitseigenschaften in allen drei'Raumrichtungen aufweist.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfanren zur Herstellung von Schaumstoffen mit anisotrop erhönter Festigkeit, bei dem man einen aus einem thermoelastiscnen Kunststoff bestehenden

_ ρ —

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Schaumstoff im thermoelastiscnen Zustand zusammendrückt und unter Aufrechterhaltung des Druckes unter die Erweichungstemperatur abkühlt. Der entstehende Schaumstoff hat eine höhere Dichte als das Ausgangsmäterial, jedoch liegen die Pestigkeitseigenschaften senkrecnt zur Kompressionsrichtung beträchtlich höher als die eines isotropen Schaumstoffes gleicner Dichte. (Siehe nachstehende Tabelle)

Zugfestigkeit und Ε-Modul komprimierter Polymethacrylimid-Hartschaumstoffe senkrecht zur Kompressionsricntung im Vergleich zu nicht komprimierten Scnaumstoffen gleicher Diente

Dichte	kg/m³	komprimiert nicht komprimiert	Zugfestigkeit	ρ kp/cm₂ kp/crn	E-Modul	p kp/enip kp/cm
80	kg/m-⁵	komprimiert nicht komprimiert	32 27	kp/cm₂ kp/crn	1600 12oo	kp/crn₂ kp/cm
l4.o	kg/m³	komprimiert nicht komprimiert	58 48	kp/cm₂ kp/cm	2I00	kp/cnu kp/cm
2oo		92 73	44oo 3200

Schaumstoffe aus thermoelastischem Kunststoff zeicnnen sich dadurch aus, daß der das Gerüst aufbauende Kunststoff beim Überschreiten der Erweichungstemperatur noch nicht plastiscn fließt, sondern bei einer Verformung eine elastiscne Rückstellkraft aufbaut und bei Nachlassen der verformenden Kraft seine ursprüngliche Gestalt wieder annimmt. Bleibt die verformende Kraft Jedoch bestehen, bis der Schaumstoff unter die Erweichungstemperatur abgekühlt ist, so behält er die verformte Gestalt aucn nach dem Nachlassen der Kraft bei. Die im Ausgangsmaterial in grober Näherung kugelförmigen Einzelzellen sind im komprimierten Material linsenförmig. Ein nach dem Verfahren der Erfindung hergestellter Schaumstoffkörper dennt sich daher wieder aus, wenn er unbelastet über den Erweichungspunkt erwärmt wird. Erfolgt die Verformung dagegen im

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thermoplastischen Bereich, so bilden sich kaum Rückstellkräfte aus und die durch Verformung entstenende Gestalt ist auch bei hoher Temperatur beständig. Zu der gewünschten linsenförmigen Ausbildung der Zellen kommt es dabei jedoch nicht.

Für das Verfahren der Erfindung sind daher solche Schaumstoffe in hohem Maße geeignet, die beim Erwärmen einen ausgeprägten thermoelastischen Zustand erreichen oder durchlaufen. Hierzu gehören Schaumstoffe aus Polyvinylchlorid oder Polymethylmetnacrylat. Dagegen ist bei Schaumstoffen aus mehr oder weniger kristallinen Kunststoffen wie Polyolefinen, Polycarbonaten, Polyrnethylenoxyd oder Polyamiden der thermoelastische Temperaturbereich sehr eng oder gar nicht vorhanden. Die Verarbeitung von Schaumstoffen nach dem Verfanren der Erfindung setzt voraus, daß sie wenigstens in einem schmalen Temperaturbereich thermoolastische Eigenschaften aufweisen und daß dieser Temperaturbereich wänrend der Verarbeitung genau eingehalten wird. Die Übergänge vom festen in den thermoelastischen Bereich'und von diesem in den thermoplastischen Bereich sind fließend und die Zustände selbst nicht immer deutlich ausgeprägt. Werden Schaumstoffe aus Kunststoffen der zuletzt beschriebenen Art nach dem Verfahren der Erfindung zusammengedrückt, so tritt eine Verbesserung der Festigkeitseigenschaften über die Festigkeit gleich dichter, nicht komprimierter Schaumstoffe hinaus nur in dem Maße ein, wie das Material unter den Verarbeitungsbedingungen thermoelastisches Verhalten zeigte.

Scnaunistoffe aus hochvernetzten Werkstoffen können, da sie beim Erwärmen nicht thermoelastisch werden, nicht nach dem Verfahren der Erfindung verarbeitet werden. Dies trifft

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vor allem für Phenolharzscnäume, liar ns to ff-For mal deny d- und Polyurethanschaumstoffe au. Dagegen können schwacn vernetzte Schaumstoffe oder solcne, die senr hoch liegende Erweichungspunkte aufweisen und nicht mehr in einem thermoplastiscnen Zustand übergehen können, in den meisten Fällen bei ausreicnend honer Temperatur komprimiert werden. Der Festigkeitsgewinn ist bei diesen Materialien besonders hoch. Als Beispiel für Scnaumstoffe dieser Art sei PoIymethacrylimidschaumstoff genannt. Da die Festigkeit dieses Schaumstoffes nach dem vollen Ausscnäumen bei weiterem Erhitzen auf etwa 2oo noch deutlich zunimmt, ist es besonders vorteilhaft, den Schaumstoff unmittelbar nach dem Aufschäumen ohne zwischenzeitliche Abkühlung zu komprimieren und die endgültige Aushärtung im komprimierten Zustand vor sich genen zu lassen. Es ist indessen auch möglich, den fertig ausgehärteten Schaumstoff erneut zu erhitzen und dann zu komprimieren.

Das Verfahren ist nicht auf einen bestimmten Bereich der Anfangs- und Enddichte bescnränkt. Die eingesetzten Schaumstoffe können beispielsweise Dienten von 2o bis 600 g/l und - je nach der gewünschten Festigkeitszunahme-auf 2o bis 80$ ihrer ursprünglichen Dicke zusammengedrückt werden. Da sich hochdichte Schaumstoffe beim Komprimieren den Dienten der entsprechenden Massivwerkstoffe nähern und eine Gewichtsersparnis gegenüber diesen kaum noch gegeben ist, spielt · in der Praxis die Verarbeitung leichter Schaumstoffe im Bereich von 30 bis 2oo g/l und ihre Kompression auf nicht weniger als die Hälfte ihres ursprünglichen Volumens eine bevorzugte Rolle.

Die als Ausgangsmaterial verwendeten Schaumstoffe werden im allgemeinen in Form vernältnismäßig dünner Platten erzeugt. Eine Kompression ist praktisch nur senkrecht zur

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ι:

Plattenebene möglich. Die erhaltenen Platten weisen dann nur parallel zur Plattenebene verbesserte Festigkeitseigensenaften auf. PLatten mit senkrecht zur Plattenebene ernöhter Festigkeit lassen sicm dadurcn hersteLlen, daß man inenrero vorher komprimier· te Platten miteinander zu einem Block verklebt und daraus senkrecht zu den Klebeflächen Platten schneidet. Zur v/eiteren Verstärkung können in die Klebschicht Gewebe oder Vliese aus Textil- oder Mineralfasern eingebettet worden. Aus derartigen Schaumstoffplatten gefertigte Verbundelemente, insbesondere mit Deckfläcnen hoher Zugfestigkeit, wie z.B. Metall, bilden ein bevorzugtes Anwendungsgebiet für die gemäß der Erfindung hergestellten ücnaumstoffe. Diese Verbundelemente sind besonders druckfest und biegesteif und eignen sich hervorragend für Leichtbaukonstruktionen, z.B. im Flugzeug-, Fahrzeug- und Transportbehälterbau.

SAD OfttäiNAL

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Beispiele

iiine Kunststoffplatte der Grüße 6do χ ²I^o χ 22 «mi, bestehend aus einem Mischpolymerisat von Methacrylnitril und Methacrylsäure mit Formamid als Treibmittel wurde in einem Wärmescnrank frei hängend über 2 η bei 175°C aufgeschäumt. Die entstandene Scnaunis eoff platte hatte eine Größe von 17oo χ lloo χ 55 mm und eine Diente von 75 kg/nr. Sie wurde onne zwischenzeitliche Abkühlung zwischen die Platten einer hydraulischen Presse gelegt auf 21 nun zusammengepreßt und abkühlen gelassen. Die zwischenzeitliche Abkühlung der Schaumstoffplatte wurde dabei duren zwei Metallblecne, die miterwärmt wurden und zwischen denen die Schaumstoffplatte zur Presse transportiert und zwischen die Preßplatten geschoben wurde, vermieden. Die Schaumstoffplatte hatte nacn dem Preßvorgang eine Dichte von 2oo kg/m .

Aus der komprimierten Platte wurden Prüfkörper von 2o χ 2o χ 2o mm Kantenlänge geschnitten und auf Druckfestigkeit geprüft:

a) in Preßrichtung: ;35 kp/cm

b) senkrecht zur Preßrichtung: 75 kp/cm

2. Eine Platte der Größe 15oo χ loo χ 6o mm aus handelsüblichem Polymethacrylimidschaumstoff mit einer Dichte von 5o kg/nr³ wurde in einer beheizten Plattenpresse 1 h bei 2oo°C erwärmt und dann auf 25 mm zusammenge- · preßt. Nacn einer Abkühlzeit von Jo Minuten wurde die komprimierte Schaumstoffplatte aus der Presse entnommen. Sie hatte eine Dichte von 12o kg/m^. Prüfkörper der

BAD

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i'ö'Se 2o .ι 2o χ 2ü inra zeigten folgende jJruckfestig-

a) in Preßrichtunß 11 kp/ctn

b) senkrecht zur¹ Preßricntung jijj kp/em

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Claims

21US24 Patentansprüche

1.) Verfahren .zur Herstellung von 3c.iaums toffen mit erhöhter Festigkeit,

dadurcn gekennzeicnnet,

daß man einen aus einem thermoelastischen Kunststoff bestenenden Schaumstoff im thermoelastiscnen Zustand zusammendrückt und unter Aufrechterhaltung des Druckes unter die Erweichungstemperatur abkühlen läßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Schaumstoff aus Polymethacrylamid oder aus einem überwiegend aus Methacrylimideinheiten aufgebauten Polymeren verwendet.

j3· Verfahren nacn den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man einen durcn Verkleben oder Versenweißen aus mehreren Schaumstoffplatten zusammengefügten Block in der gekennzeichneten Meise zusammendrückt.

k . Verbundelement, bestenend aus zwei Deckschichten und einem Kern aus Scnaumstoffen gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurcn gekennzeicnnet, daß der Schaumstoffkern senkrecht zur Ebene der Deckflächen erhönte Festigkeit aufweist.

SAD OFISQINAL

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