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Verfahren und Vorrichtung zum Formen von Nehrkomponenten-Verbundkörpern
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie auf eine Vorrichtung zum Formen
von Nehrkomponenten-Verbundkörpern. Ein derartiger Körper ist beispielsweise ein
Schichtkörper mit mehreren voneinander verschiedenen Schichten, welche jeweils unterschiedliche
physikalische Eigenschaften haben können. Ein derartiger Körper kann auch so aufgebaut
sein, daß er ainc keine scharfen Grenzflächen aufweist, sondern daß sich die#Materialzusammensetzung
und/oder das Mischungsverhältnis der komponenten
stetig ändert.
Gemäß der Erfindung werden körnige und faserige Werkstoffe einem mit einem Katalysator
dotierten Harz beigemischt. Die Verwendung der körnigen und faserigen Werkstoffe
erbringt besondere physikalische und chemische Eigenschaften und gleichzeitig eine
Ersparnis der teuren Harze. Die Erfindung schafft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung
zum Erzeugen eines Sprühstrahls aus einem Mehrkomponentenmaterial mit mehreren darin
mitgeführten Füll- und Verstärkungsstoffen und betrifft insbesondere eine Vorrichtung
und ein Verfahren zum Erzeugen eines gemischten Sprühstrahls aus einem Mehrkomponentenmaterial
unter Zugabe eines körnigen Materials und Stapelglasfaser, welche vor dem Auftrag
von der flüssigen Materialkomponente benetzt werden.
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Mit der Vorrichtung bzw. unter Anwendung des Verfahrens gemäß der
Erfindung lassen sich beispielsweise starre Schichtkörper herstellen, welche Außenschichten
aus einem Verbundmaterial und wenigstens eine Innenschicht aus einem anderen Verbundmaterial
aufweisen. Die Außenschicht kann so zusammengesetzt sein, daß sie eine bestimmte
Kombination von physikalischen Eigenschaften hat, beispielsweise widerstandsfähig
gegen Oxydation und ultraviolettes Licht ist, einen hohen Glanz und Farbechtheit,
große Härte und andere für eine Außenfläche erwünschte Eigenschaften aufweist. Die
wenigstens eine Innenschicht kann eine völlig andere Kombination von physikalischen
Eigenschaften haben, beispielsweise niedrige Dichte, geringe Wärmeleitfähigkeit,
Steifigkeit,
geringe Wärmeausdehnung und gutes Haftvermögen an den Außenschichten. Mit der Vorrichtung
und dem Verfahren gemäß der Erfindung läßt sich ein starrer Körper mit besonderen,
auf anderem Wege nicht erzielbaren physikali sehen Eigenschaften wirtschaftlich
und schnell herstellen.
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Ferner eignet sich die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung
zum Aufbringen von Beschichtungen auf den verschiedensten Oberflächen, beispielsweise
Holz, Pappe, Gipsplatten, Polyestermaterial, Zementpappen oder mit Zement getränkte
Pappen und Außenflächen von Mauerwerk, u.A. aus Ziegeln, Beton und Stein. Dabei
ermöglicht die Erfindung eine Verringerung der Kosten einer solchen Beschichtung
sowie des Gewichts derselben, und das Aufbringen von Beschichtungen mit veränderlicher
Oberflächenstruktur und verschiedenen Farben, sowie die Erzeugung einer haftfähigen
Beschichtung, welche die Verwendung von mechanischen Befestigungselementen gestattet.
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Die zusammen mit körnigen und faserförmigen Werkstoffen zum Versprühen
geeigneten flüssigen Nehrkomponentenstoffe umfassen u.A. Polyesterharze, Epoxidharze,
Silikongummi und dergl.. Das flüssige Mehrkomponentenmaterial läßt sich gewöhnlich
durch Zugabe eines Härters oder Katalysators bei Raumtemperatur vom flüssigen in
den festen Zustand überführen. Polyesterharze lassen sich durch Zusatz eines organischen
Peroxid-Katalysators und eines Naphthenat- oder Anilin-Beschleunigers härten. Zum
Härten
von Epo#dharzen eignen sich bestimmte Amin- oder Anhydrid~
härter. Urethane erhält man etwa durch Zusatz eines geeigneten Isozyanatesters zu
einem Polyolharz. Silikongummi erhält man etwa durch Zusatz einer geeigneten Zinnseife
zu einem Silikon-Elastomer.
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Die Zugabe der Härter zu dem übrigen Mehrkomponentenmaterial geschieht
gewöhnlich unmittelbar vor dem Gebrauch, um damit das Härten des Mehrkomponentnenmaterials
einzuleiten. Im allgemeinen ist die Aushärtzeit des Mehrkomponentenmaterials ziemlich
kurz. Polyesterharz beispielsweise kann bei Zugabe eines Katalysators und eines
Beschleunigers in etwa 45 min oder weniger hart werden.
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Zur Beimischung zu dem Mehrkomponentenmaterial eignen sich Schüttstoffe
wie Perlit, Ton, Sand, Talkum, Glimmer, Aluminiumhydrat, Kalziumkarbonat, Kalziumsilikat,
Glasperlen, Kunststoffkügelchen, feuerhemmende Mittel usw.
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sowie Glasfaser oder andere faserige Stoffe zur Verstärkung. Diese
körnigen und faserigen Füllstoffe verleihen dem Material eine oder mehrere der folgenden
Eigensch«ften: erhöhte Festigkeit des Harzmaterials, geringere Schrumpfung, wirtschaftlichen
Verbrauch des Harzes, geringe Dichte und besondere Eigenschaften wie etwa Feuerbeständigkeit.
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Mit der Vorrichtung bzw. bei Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung
sind höhere Konzentrationen sowie andere Kombinationen der genannten Stoffe in den
hergestellten Körpern erzielbar als mit anderen Verfahren und
Vorrichtungen.
Aufgrund der Schwierigkeit, einen großen Anteil an Füllstoffen bei Vorvermischung
mit dem Harz zu benetzen und das zähflüssige Gemisch zu fördern und zu zerstäuben
bleibt der Zusatz solcher Füllstoffe bisher gewöhnlich auf etwa siebzehn Volumenprozent
beschränkt.
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Die Erfindung ermöglicht eine beträchtlich höhere Konzentration der
Zusätze durch verbesserte Benetzung der körnigen und faserigen Füllstoffe.
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Die US-PS 3 399 834 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Auftragen von miteinander vermischten Sprühstrahlen aus mit Beschleuniger dotiertem
Polyesterharz und Katalysator, bei welcher bzw. welchem ein Sprühstrahl aus dem
Katalysator außerhalb der Sprühvorrichtung zu mehreren konvergierenden Sprühstrahlen
aus dem mit Beschleuniger dotierten Polyesterharz hinzutritt. Vor dem Auftreffen
des gemischten Sprühstrahls auf der zu beschichtenden Oberfläche werden ihm Stapelglasfasern
zugeführt. Diese dienen dazu, bestimmte physikalische Eigenschaften des Polyesterharzes
zu verbessern. Die US-PS 3 676 197 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Eintragen von in einem Strömungsmedium mitgeführtem körnigen Material in Sprühstrahlen
aus einem Mehrkomponentenmaterial und einem Härter und zum Auftragen der entstehenden
Mischung auf die Oberfläche eines Gegenstands.
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Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglichen
die Herstellung von Mehrkomponenten-Verbundkörpern, welche sich mit bekannten Verfahren
und Vorrichtungen
nicht herstellen lassen. Die Erfindung schafft
eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Benetzen und im wesentlichen gleichmäßigen
Vermischen von körnigen und faserförmigen Stoffen in hohen Konzentrationen mit einem
Mehrkomponentenmaterial außerhalb einer Sprühvorrichtung und vor dem Auftreffen
der Stoffe auf einer Formoberfläche.
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Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung eignen sich
zum Formen von komplexen Schichtkörpern und ähnlichen Gegenstanden unter wirtschaftlichem
Verbrauch eines Harzmaterials. Gemäß der Erfindung wird ein gemnschter Sprühstrahl
aus einem flüssigen Mehrkomponentenharz und einem Härter erzeugt und körnige und/oder
faserförmige Füllstoffe darin mitgeführt. Die erfindungsgem~aße Vorrichtung enthält
mehrere Sprüheinrichtungen für Harz und Härter sowie diesen zugeordnete Einrichtungen
zum Zuführen von körnigen und faserförmigen Stoffen. Die erzeugten Sprühstrahlen
sind so ausgerichtet, daß sie sich außerhalb der Vorrichtung und vor dem Auftreffen
auf einer Flache miteinander vermischen. Wenigstens ein körniger Füllstoff kann
in einem gasförmigen Strömungsmedium zugeführt und mit den Flüssigkeits-Sprühstrahlen
vermischt werden, so daß ein gemischter Nehrkomponenten-Sprühstrahl entsteht. Diesem
gemischten Sprühstrahl kann mittels einer oberhalb der Sprüheinrichtungen für die
flüssigen und trockenen Stoffe angeordneten Schneideinrichtung Stapelfaser, beispielsweise
Glasstapelfaser, zur Verstärkung zugesetzt werden.
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Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung
beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine Schrägansicht einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 eine schematisierte Darstellung von mittels der Vorrichtung nach Fig. 1 erzeugten
Sprühstrahlen und Fig. 3 eine Längsschnittansicht eines Teils der Vorrichtung nach
Fig. 1 mit einem in deren Gehäuse angeordneten Durchlaß für körnige Füllstoffe.
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In Fig. 1 erkennt man eine erfindungsgemäße Sprüh- oder Spritzvorrichtung
10. Diese hat ein Gehäuse 11, ein Paar äußerer Sprühköpfe 12, 13 für ein Mehrkomponentenmaterial
und einen dazwischen angeordneten mittleren Sprühkopf 14 für einen Härter oder Katalysator.
Das Gehäuse 11 stellt eine Halterung für die äußeren Sprühköpfe 12, 13 und den inneren
Sprühkopf 14 dar. Der mittlere Sprühkopf 14 versprüht beispielsweise einen organischen
Peroxid-Katalysator, wobei dann die äußeren Sprühköpfe 12, 13 ein mit einem Beschleuniger
dotiertes Polyesterharz versprühen, oder einen Amin- oder Anhydridkatalysator, wobei
die äußeren Sprühköpfe dann ein Epoxidharz versprühen. Urethane erhält man durch
Zusatz eines geeigneten Isozyanatesters zu einem Polyesterharz, und Silikongummi
durch Zusatz einer geeigneten Zinnseife zu einem Silikon-Elastomer.
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Die äußeren Sprühköpfe 12, 13 sind über einen Verteiler 15 und eine
Zuleitung 16 mit einer (nicht gezeigten) Quelle für ein Mehrkomponentenmaterial
verbunden. Dieses wird
den äußeren Sprühköpfen 12, 13 mittels einer
(nicht gezeigten) druckluftgespeisten hydraulischen Pumpe unter einem Druck von
etwa 21 bis 211 kp/cm2 zugeführt. Beim Austritt aus den Mündungen der äußeren Sprühköpfe
12, 13 wird das Mehrkomponentenmaterial unter der Einwirkung der umgebenden Luft
zerstäubt. Es kann jedoch auch auf andere Weise zerstäubt werden, beispielsweise
mittels Druckluft. In der gezeigten Ausführung haben die äußeren Spriihköpfe 12,
13 Düsen zum Zerstäuben des Mehrkomponentenmaterials auf hydraulischem Wege, während
der mittlere Sprühkopf 14 den Härter oder Katalysator mit Hilfe von Druckluft zerstäubt.
Die äußeren Sprühköpfe 12, 13 sind, wie man in Fig. 2 erkennt, so aufeinander zu
ausgerichtet, daß die davon ausgehenden Sprühstrahlen 19 bzw. 20 konvergieren und
in einem Abstand von etwa 127 mm von der Vorderseite der Vorrichtung 10 zusammentreffen.
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Der mittlere Sprühkopf 14 für den Härter liegt zwischen den äußeren
Sprühköpfen 12 und 13 im wesentlichen in einer gemeinsamen waagerechten Ebene mit
diesen. Er ist über ein Anschlußteil 17 und eine Leitung 18 mit einer (nicht gezeigten)
Quelle für den Härter oder Katalysator verbunden. Ein vom mittleren Sprühkopf 14
erzeugter Sprühstrahl 21 aus dem Härter tritt an der Stelle des Zusammentritts der
von den äußeren Sprühköpfen ausgehenden Sprühstrahlen mit diesen zusammen. Beim
Zusammentritt mit den von den äußeren Sprühköpfen 12, 13 ausgehenden Sprühstrahlen
hat der Härter-Sprühstrahl vorzugsweise im wesentlichen die gleiche vertikale Breite
bzw. Höhe wie diese,
-lm eine möglichst gleichmäßige Vermischung
des Härters mit dem Mehrkomponentenmaterial zu gewährleisten.
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Damit ein möglichst gleichmäßig gemischter Sprühstrahl aus dem Mehrkomponentenmaterial
und dem Härter entsteht, ist der mittlere Sprühkopf 14 vorzugsweise mittig zwischen
den äußeren Sprühköpfen 12 und 13 angeordnet. Beim Versprühen eines Polyesterharzes
machen die von den- außeren Sprühköpfen abgegebenen Sprühstrahlen bis zu etwa 99
Gew.% der gesamten aus der Vorrichtung 10 versprühten flüssigen Komponenten aus.
Beim Versprühen eines Urethans beträgt der von den äußeren Sprühköpfen 12, 13 versprühte
Anteil etwa 50 Gew.% der insgesamt versprühten flüssigen Komponenten. Der übrige-
Anteil der aus der Vorrichtung 10 versprühten flüssigen Komponenten wird vom Härtersprühkopf
14 abgegeben. Je nach der Art des verwendeten Mehrkomponentenmaterials können sich
die relativen Verhältnisse zwischen dem Harz und den dazugehörigen Härtern ändern.
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Ist der mittlere Sprühkopf 14 für den Härter nicht mittig zwischen
den äußeren Spruhköpfen angeordnet, so ergibt sich möglicherweise keine gleichmäßige
Vermischung des Härters mit dem Mehrkomponentenmaterial, und der entstehende Sprühstrahl
kann in unerwünschter Weise abgelenkt werden.
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Nahe den beiden äußeren Sprühköpfen 12, 13 ist jeweils ein Zubringer
22 bzw. 23 für ein körniges Material angeordnet. Die Zubringer haben beispielsweise
schwenkbar am Gehäuse 11 angebrachte Zerstäuberdüsen, welche das
austretende
körnige Material auf die von den äußeren Sprühköpfen 12, 13 ausgehenden Sprühstrahlen
richten können.
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Das körnige Material kann unter Verwendung eines Fließbetts und einer
darin eintauchenden Strahlpumpe in einer Druckluft strömung zugeführt oder mittels
einer anderen Trockengut-Fördereinrichtung zugebracht werden. Als solches körniges
Material eignen sich u.A. Perlit, Ton, Sand, Talkum, Glimmer, Aluminiumhydrat, Kalziumkrbonat,
Kalziumsilikat, Glasperlen, Kunststoffkügelchen, feuerhemmende Mittel und dergl.
mehr.
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Eine in Fig. 1 gezeigte Zufuhreinrichtung für das körnige Material
hat einen oben offenen Behälter 24 mit einer etwas oberhalb des Bodens angeordneten
porösen Platte 25 zur Bildung einer Luftkammer 26 im unteren Teil des Behälters.
Die etwa aus gesintertem Polyäthylen gefertigte Poröse Platte 25 trägt das körnige
Material. Von einer Druckluftquelle aus wird Druckluft über einen Schlauch 27 einer
versenkten Strahlpumpe 28 und über ein an dieser angeschlossenes Rohr 29 der Luftkammer
26 zugeführt. Die gleichmäßige und langsame Strömung der Luft durch die poröse Platte
25 fluidisiert das im Behälter 24 vorhandene körnige Material. Die Strömung der
Druckluft durch die Strahlpumpe 28 zieht das fluidiserte körnige Material durch
eine (nicht gezeigte) Öffnung in die Strahlpumpe und führt es über einen Schlauch
30 und einen oder mehrere, in Fig. 3 im einzelnen dargestellte glatte Durchlässe
im
Gehäuse 11 den an diesem angebrachten Zubringerdüsen 22, 23
zu.
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Fig. 3 zeigt im einzelnen ein für die Zufuhr von körnigen Füllstoffen
bestimmtes Teil der Vorrichtung 10. Das Gehäuse 11 ist von einem geradlinig verlaufenden
Durchlaß 11a für die Zufuhr von teilchenförmigem oder körnigem Material durchsetzt.
Die Zubringerdüse 23 sitzt am vorderen Ende des Durchlasses 11a. Der Schlauch 30
für die Zufuhr des körnigen Materials von dem Fließbett aus ist in den Durchlaß
11a eingeführt und mittels eines Schlauchnippels 30a befestigt. Der Schlauch 30
erstreckt sich also von dem Behälter 24 aus bis zur Zubringerdüse 23 und bildet
somit einen durchgehenden, glattwandigen Zufuhrweg für das im Luftstrom mitgeführte
körnige Material, so daß dieses der Zubringerdüse gleichmäßig zugeführt wird.
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Die Zubringerdüsen 22, 23 sind vorzugsweise so geformt, daß sie dem
Sprühstrahl aus dem in der Luft strömung mitgeführten körnigen Material eine für
den Zutritt zu den von den Sprühköpfen 12 bis 14 ausgehenden Flüssigkeitssprühstrahlen
geeignete Form verleihen. Die Mündungen der Zubringerdüsen 22, 23 sind nahe den
äußeren Sprühköpfen 12 bzw. 13 angeordnet. Bei der Entstehung der Sprühstrahlen
an den Sprühköpfen 12 und 13 ergibt sich im Nahbereich derselben eine Unterdruckzone.
Bei der Anordnung der Zubringerdüsen 22 und 23 nahe der jeweiligen Unterdruckzone,
etwa in einem Abstand von ca. 25 mm, wird das körnige Material unter Mitwirkung
der Luft strömungen nahe
der Vorderseite der Vorrichtung 10 in
den Flüssigkeitssprühstrahl eingezogen. Die in Fig. 1 und 2 gezeigten Zubringerdüsen
22 und 23 haben beispielsweise elliptische Mündungen mit einem größeren Durchmesser
von etwa 12,7 mm und einem kleineren Durchmesser von etwa 6,35 mm. Nahe den Mündungen
sind die Innenflächen der Zubringerdüsen so gekrümmt, daß das in der Luftströmung
mitgeführte körnige Material in eine Zone nahe den Flüssigkeitssprühköpfen geleitet
wird.
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Das über die Zubringerdüsen 22, 23 zugeführte körnige Material wird
vorzugsweise so in die Sprühstrahlen aus dem Mehrkomponentenmaterial eingebracht,
daß es vor dem Auftreffen auf einer Oberfläche 31 ausreichend von dem Mehrkomponentenmaterial
benetzt und mit diesem möglichst gleichmäßig vermischt wird. Bei einer Anordnung
der Zubringerdüsen 22 und 23 etwa 25,4 mm oberhalb der Mündungen der äußeren Sprühköpfe
12, 13 und des inneren Sprühkopfes 14 wird das körnige Material innerhalb weniger
Zentimeter von der Vorderseite der Vorrichtung in den Sprühstrahl des Mehrkomponentenmaterials
eingebracht, so daß sich eine ausreichende Benetzung und im wesentlichen gleichmäßige
Vermischung des körnigen Materials mit den Sprühstrahlen des flüssigen Mehrkomponentenmaterials
ergibt.
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Für die Zufuhr und den Auftrage von Stapelfasern zusammen mit dem
Mehrkomponentenmaterial und dem körnigen Material ist eine Schneidvorrichtung 32
vorgesehen. Zum Zerschneiden
der Fasern in Stücke ungleichmäßiger
Länge enthält die Schneidvorrichtung 32 ein Schneidrad mit in ungleichmäßigen Abständen
angeordneten Klingen. Eine solche Schneidvorrichtung ist in der US-PS 3 399 834
beschrieben und weist vorzugsweise ein Gehäuse 33, eine verstellbare Halterung 34
und eine ausrichtbare Austrittsöffnung 35 auf.
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Das Gehäuse 33 der Schneidvorrichtung 32 ist mittels der Halterung
34 vorzugsweise oberhalb der Zufuhreinrichtungen für das körnige Material auf dem
Gehäuse 11 befestigt und so einstellbar, daß die Öffnung 35, durch welche die geschnittene
Faser hervorgeschleudert wird, in verschiedenem Winkel zu den aus den Sprüheinrichtungen
12, 13, 14, 22 und 23 ausgerichtet werden kann. Dadurch kann die geschnittene Faser
so in die Sprühstrahlen eingetragen werden, daß sie ausreichend benetzt wird und
nicht oberhalb oder unterhalb des Sprühstrahls austritt.
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Die Schneidvorrichtung 32 zerschneidet einen ihr zugeführten Strang
36 aus kontinuierlichen Fasern zu kurzen Stapelfasern und schleudert diese durch
die Öffnung 35 hervor in die von den Sprüheinrichtungen 12, 13, 14, 22 und 23 ausgehenden
Sprühstrahlen (Fig. 2). Am häufigsten finden Glasfasern Verwendung. Die aus dem
Glasfaserstrang geschnittenen Stapelfasern dienen zur Verstärkung des Mehrkomponenten-Verbundkörp
ers.
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Zur Inbetriebnahme der Vorrichtung 10 wird ein am Gehäuse 11 sitzender
Drücker 38 betätigt. Die Betätigung des
Drückers bewirkt in der
å jeweils richtigen Reihenfolge das Öffnen von den Zutritt der Flüssigkeiten zu
den Sprühköpfen 12, 13 und 14 steuernden Absperrelementen und den Zustrom von Druckluft
zu einem Druckluftmotor 37 der Schneidvorrichtung. Der Zustrom von Druckluft über
einen Schlauch 39 zur Vorrichtung 10 kann zur Betätigung eines (nicht gezeigten)
Strömungsschalters verwendet werden, dessen Ausgang zum Auslösen des Zustroms von
Druckluft über den Schlauch 27 zum Behälter 24 und damit der Zufuhr des körnigen
Materials über den Schlauch 30 zur Vorrichtung 10 verwendet werden kann.
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Die Freigabe des Drückers 38 bewirkt eine im wesentlichen gleichzeitige
Unterbrechung des Austritts des Mehrkomponentenmaterials aus den Sprühköpfen 12,
13, des Härters und der zum Zerstäuben desselben benötigten Druckluft aus dem Sprühkopf
14 und des körnigen Materials sowie der Fasern aus den Zubringerdüsen 22, 23 bzw.
der #Schneidvorrichtung 32.
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Wie man in Fig. 2a erkennt, haben die aus den äußeren Sprühköpfen
12, 13 austretenden, konvergierenden Sprühstrahlen 19 bzw. 20 im wesentlichen elliptische
oder ovale Querschnittsform. Die Flüssigkeitssprühstrahlen werden unterhalb der
Einrichtungen für die Zufuhr des körnigen Materials und der Faser gebildet, so daß
sie eine Unterlage für die Aufnahme derselben darstellen. Die Zufuhr des körnigen
Materials nahe den Stellen, an denen die Flüssigkeitssprühstrahlen entstehen, hat
zur Folge, daß
das körnige Material schnell in die Flüssigkeitssprühstrahlen
eindringt (Fig. 2b). Beim Zusammentritt der von den äußeren Sprühköpfen und den
Zubringerdüsen ausgehenden, konvergierenden Sprühstrahlen aus flüssigem und körnigem
Material mit den von der Schneidvorrichtung 32 zugeführten Fasern entsteht ein homogen
du#rchmischter Sprühstrahl, in welchem das körnige Material und die Fasern im wesentlichen
gleichmäßig verteilt und benetzt sind.
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Wie man ferner in Fig. 2a erkennt, bilden die Sprühstrahlen aus Flüssigkeiten
und Feststoffen vor ihrem Zusammentritt eine pyramidenförmige Anordnung. Die äußeren
Sprühstrahlen 19, 20 enthalten nahezu die Gesamtmenge der versprühten Flüssigkeit
und bilden zusammen mit dem Härtersprühstrahl 21 einen Trägerstrahl. Dieser nimmt
das von den Zubringerdüsen 22, 23 austretende körnige Material sowie die aus der
Öffnung 36 der Schneidvorrichtung 32 hervorgeschleuderte Faser auf, wobei diese
beim Zusammentritt der Sprühstrahlen gleichförmig eingemischt und benetzt werden.
Bei Verwendung von Stapelfasern stellen diese einen beträchtlichen Gewichtsanteil
des Verbundmaterials, bei glasfaserverstärktem Polyester beispielsweise 25 bis 35%.
Es können jedoch auch geringere Anteile zweckmäßig sein.
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Bei Verwendung zweier verschiedener körniger Füllstoffe, beispielsweise
Glasperlen und Aluminiumhydrat, kann die Vorrichtung 10 so eingestellt werden, daß
sich die beiden
Füllstoffe vor dem oder etwa am Ort des Zusammentritts
mit den Flüssigkeits-Sprühstrahlen miteinander mischen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist somit hervorragend zum Mischen
von verschiedenartigem Material geeignet.
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Die flüssigen Komponenten werden unter Anwendung eines hohen hydraulischen
Drucks von etwa 21 bis 211 kp/cm2 mittels besonders geformter Düsen so zerstäubt,
daß ein dünner, sich fächerförmig ausbreitender Strahl entsteht.
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Die Flüssigkeit wird mit sehr hoher Geschwindigkeit aus den Düsen
hervorgestoßen und unter dem Einfluß der umgebenden Luft zerstäubt. Im Bereich der
die Sprühstrahlen formenden Düsen entsteht eine Zone verringerten Drucks.
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Mit der flüssigen Komponente zu mischendes teilchenförmiges oder körniges
Material wird gleichmäßig zugeführt und in der Unterdruckzone nahe den Flüssigkeitsdüsen
ausgebracht, so daß es von den Luftströmungen an der Vorderseite der Vorrichtung
aufgenommen wird. Bei Verwendung zweier Flüssigkeitsdüsen können zwei teilchenförmige
Komponenten zugeführt und einzeln nahe jeder Flüssigkeitsdüse ausgebracht werden,
so daß jedes teilchenförmige Material von einem Sprühstrahl aus flüssigem Material
aufgenommen wird. Die beiden Flüssigkeitsdüsen sind so ausgerichtet, daß ihre Sprühstrahlen
aufeinandertreffen, so daß die Sprühstrahlen aus flüssigem und teilchenförmigem
Material sich gleichmäßig miteinander mischen und das teilchenförmige Material benetzt
wird. Bei Anwendung der beschriebenen Verfahren unf Vorrichtungen kann ein Mehrkomponentenmaterial
mit einem ungewöhnlich hohen Anteil
an teilchenförmigem Material
gebildet werden. Diesem Material können dann noch Fasern zugesetzt werden, welche
geschnitten und in die Luft strömung an der Vorderseite der Vorrichtung eingetragen
werden. Bei Verwendung eines mit einem Härter zusammenwirkenden flüssigen Harzes
wird ein solcher Härter oder Katalysator von einer zwischen den beiden Flüssigkeitsdüsen
liegenden Stelle aus in den Sprühstrahl injiziert.
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Dem Mehrkomponentenmaterial können verschiedene Additive zugesetzt
werden, etwa um es zu färben, es widerstandsfähig gegen Ultraviolett strahlung oder
feuersicher zu machen. Zum Färben des Mehrkomponentenmaterial können etwa Pigmente
zugesetzt werden. Zusätze von Antimonoxid, Aluminiumtrihydrat, chlorierten Wachsen
und dergl. können dazu dienen, das Mehrkomponentenmaterial feuersicher zu machen.
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Der Volumenanteil von körnigem Material in dem Mehrkomponentenmaterial
kann sich in weiten Grenzen bewegen. Bei Verwendung von Perlit kann dessen Volumenanteil
etwa 30 bis 65% betragen, wobei Polyesterharz den restlichen Anteil stellt. Glasperlen
können in einem Volumenanteil von etwa 20 bis 40% zugesetzt werden, wobei Jedoch
auch geringere Anteile zweckmäßig sein können.
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Mit den erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen kann das mit
körnigem Material versetzte Mehrkomponentenmaterial in Schichten von beliebiger
Dicke aufgetragen werden.
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Die untere Grenze für die Dicke einer solchen Schicht liegt bei etwa
0,381 bis 0,5 mm, während sich die obere Grenze allein aus wirtschaftlichen Erwägungen
ergibt. Zur Brmielung einer guten Wetterbeständigkeit und Festigkeit beträgt die
Dicke einer Beschichtung aus einem mit Perlit als körnigem Material versetzten Polyesterbinder
vorzugsweise etwa 3,175 bis 6,35 mm und darüber.
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Die zur Verstärkung verwendete Stapelglasfaser kann in einem Anteil
von etwa 10 bis 30% zugesetzt werden. Dieser Anteil bestimmt sich nach der Möglichkeit
des Auswalzens.
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Dicke Aufträge aus mit Stapelfaser und körnigem Material versetztem
Material müssen ausgewalzt werden, d.h. sie müssen mit einer Walze oder Rolle bearbeitet
werden, um zwischen den Fasern eingeschlossene Luft zu entfernen. Ist dabei die
aufgetragene Schicht zu dick, so läßt sich die eingeschlossene Luft nicht auswalzen.
Stattdessen wird die Schicht von der Walze hin und her geschoben, ohne daß die Luft
dabei entfernt wird. Solche mit Stapelglasfaser versetzte Schichten mit einer Dicke
von etwa 25 mm sind daher nicht zweckmäßig.
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Die Vorrichtung 10 kann mit der Hand geführt oder an einem (nicht
gezeigten) Ausleger eines beweglichen Traggestells angebracht sein, um ihre Handhabung
zu erleichtern.
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Nachstehend sind Beispiele für die Herstellung von Mehrkomponenten-Verbundkörpern
unter Verwendung der Vorrichtung
und des Verfahrens gemäß der
Erfindung erläutert.
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Beispiel 1 In diesem Beispiel ist die Herstellung eines Mehrkomponenten-Schichtkörpers
beschrieben. Eine Formoberfläche ist im Abstand von etwa 457 bis 914 mm vor der
Vorrichtung 10 angeordnet. Den äußeren Sprühköpfen wird Polyesterharz unter einem
Druck von etwa 141 kp/cm2 in einer Menge von etwa 1900 cm3/min zugeführt. Die luftlos
arbeitens Sprühdüsen bilden aus dem Polyesterharz Jeweils einen länglichen, sich
in einem Winkel von etwa 250 fächerförmig ausbreitenden Strahl. Die Sprühstrahlen
der beiden äußeren Sprühköpfe treffen etwa 127 mm vor der Vorrichtung aufeinander.
Aus der mittleren Sprühdüse wird unverdünnter Methyläthylketon-Katalysator unter
Anwendung eines Luftdrucks von etwa 1,4 kp/cm2 in einer Menge von etwa 30 cm3/min
zerstäubt. Die druckluftgespeiste mittlere Sprühdüse hat im wesentlichen herkömmlichen
Aufbau wie Beispielsweise das Modell E18B der Firma Spraying Systems.
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Der Katalysatorsprühstrahl tritt in einer Entfernung von etwa 127
mm von der Vorrichtung an der Stelle des Zusammentreffens der äußeren Sprühstrahlen
mit diesen zusammen. Als das körnige Material verwendetes Aluminiumtrihydrat wird
den den äußeren Sprühköpfen zugeordneten Zubringerdüsen in einer Menge von etwa
2050 g/min zugeführt. Die Zubringerdüsen sind nahe den Stellen, an denen das Polyesterharz
zerstäubt wird, angeordnet und bringen das Aluminiumtrihydrat in die Flüssigkeits-Sprühstrahlen
ein. Das
verwendete Aluminiumtrihydrat wird von der Firma Aluminium
Company of America hergestellt und unter der Bezeichnung "Alcoa C31" in den Handel
gebracht. In den Sprühstrahl aus Flüssigkeit und körnigem Material wird Stapelglasfaser
in einer Menge von etwa 680 g/min eingetragen.
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Die Stapelglasfasern haben eine durchschnittliche Länge von etwa 25,4
mm. Das so gebildete Mehrkomponentenmaterial wird in einer Dicke von etwa 2,5 mm
auf die Formoberfläche aufgebracht, worauf eingeschlossene Luft aus der Schicht
ausgewalzt wird. Dann läßt man die Schicht während einer Stunde bei ca. 21 °C aushärten.
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Anschließend wird auf die gebildete Schicht eine Mittel-oder Kernschicht
aufgebracht. Die Vorrichtung 10 befindet sich dazu wieder in einer Entfernung von
457 bis 914 mm von der Oberfläche der Schicht. Den äußeren Sprühköpfen wird Polyesterharz
unter einem Pumpendruck von ca. 141 kp/cm2 in einer Menge von etwa 1900 cm3/min
zugeführt. Die Düsen der äußeren Sprühköpfe formen aus dem Polyesterharz Jeweils
einen länglichen, sich in einem Winkel von etwa 250 fächerförmig ausbreitenden Strahl.
Die äußeren Sprühstrahlen treffen wiederum etwa 127 mm vor der Vorrichtung zusammen.
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Der mittleren druckluftgespeisten Zerstäuberdüse wird unverdiinater
Methyläthylketon-Katalysator in einer Menge von ca. 40 cm3/min zugeführt und mittels
der Düse unter einem Ueberdruck von ca. 1,41 kp/cm2 zugeleiteter Euft zerstäubt.
Der Sprühstrahl aus dem Methyläthylketonperoxid-Katalysator tritt in einer Entfernung
von etwa 127 mm von der Vorrichtung zu den Sprühstrahlen aus Polyesterharz.
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Für die Bildung der Mittelschicht wird Aluminiumtrihydrat nur über
eine Zubringerdüse in einer Menge von etwa 400 g/ /min zugeführt. Die andere Zubringerdüse
wird mit Glasperlen der Firma Minnesota Mining and Manufacturing Co.
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gespeist Die Glasperlen haben einen durchschnittlichen Durchmesser
von etwa 0,o76 mm und werden der betreffenden Zubringerdüse in einer Menge von ca.
800 g/min zugeführt.
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Die beiden Zubringerdüsen sind nahe den Harzzerstäuberdüsen angeordnet
und bringen die Glasperlen bzw. das Aluminiumtrihydrat vor der Vorrichtung in die
Flüssigkeitssprühstrahlen ein. Das mit dem Katalysator vermischte und mit den Glasperlen
und dem Aluminiumtrihydrat dotierte Polyesterharz wird in einer Dicke von ca. 2,5
mm auf die erste Schicht aufgetragen. Anschließend läßt man die Mittel- oder Kernschicht
während etwa 60 min bei ca. 21 0C aushärten.
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Nach dem Aushärten der mittleren Schicht wird eine der unteren Schicht
gleiche obere Schicht aufgetragen. Dies geschieht in der gleichen Weise wie vorstehend
beschrieben.
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Das Material für die obere Schicht wird wiederum in einer Dicke von
ca. 2,5 mm aufgetragen und dann ebenfalls ausgewalzt. Abschließend läßt man die
obere Schicht dann während etwa 60 min bei ca. 21 0C aushärten.
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Damit erhält man einen dreischichtigen, steifen Verbundkörper mit
einer Dicke von ca. 7,5 mm, mit glasfaserverstärkten Außenschichten und einer versteifenden
mittleren Schicht geringerer Dichte. Dank der Verwendung des Aluminiumtrihydrats
und
der Glasperlen ergibt sich gegenüber anderen Verfahren ein um etwa 25% verminderter
Verbrauch an Harz für die Herstellung des Schichtkörpers, und damit eine erhebliche
Einsparung an Gewicht und Kosten.
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Beispiel 2 Das Beispiel beschreibt die Herstellung eines Verbundkörpers
mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und unter Anwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens unter beträchtlicher Einsparung von Harz und Gewicht bei keinem oder
nur geringem Verlust von Steifigkeit und Festigkeit.
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Die Oberfläche einer Form ist im Abstand von etwa 457 bis 914 mm vor
der Vorrichtung 10 angeordnet. Den äußeren Sprühköpfen wird Polyesterharz mit einem
Pumpendruck von etwa 141 kp/cm2 in einer Menge von etwa 1900 cm3/min zugeführt.
Die luftlos arbeitenden Düsen bilden aus dem Polyesterharz Jeweils einen länglichen,
sich in einem Winkel von etwa 250 ausbreitenden Strahl. Der mittleren Düse, einer
luftgespeisten Zerstäuberdüse des Modells E18B der Firma Spraying Systems, wird
unverdünntes Methyläthylketonperoxid in einer Menge von ca. 40 cm3/min zugeführt
und mittels unter einem Druck von ca. 1,41 kp/cm2 zerstäubt. Teilchenförmiges Aluminiumtrihydrat,
unter der Bezeichnung ALCOA. C31 von der Aluminium Company of America vertrieben,
wird den beiden Zubringerdüsen in einer Gesamtmenge von 2000 g/min zugeführt. Die
Zubringerdüsen bringen das Aluminiumtrihydrat vorwärts der Entstehungsstelle der
Flüssigkeitsspribhstrahlen in diese ein.
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Ein Glasfaserstrang wird zu Stapelfasern zerschnitten und diese werden
in einer Menge von 400 g/min in den Sprühstrahl aus Flüssigkeit und Teilchenmaterial
eingetragen. Dabei wird ein normaler Endlos-Glasfaserstrang in Stücke mit einer
durchschnittlichen Länge von ca. 19 mm zerschnitten. Das entstehende Verbundmaterial
wird in einer Dicke von etwa 2,5 mm auf die Formoberfläche aufgesprüht, worauf man
es bei etwa 21 0C aushärten läßt.
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Man erhält so einen Körper aus Mehrkomponentenmaterial in Form einer
steifen, durchscheinenden, glasfaserverstärkten Polyesterplatte von geringer Dichte
und hoher Festigkeit. Anstelle des Aluminiumtrihydrats kann ein unter der Bezeichnung
"Suzorite" von der Firma Marietta Resources International Std. vertriebenes Glimmerpulver
verwendet werden.
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Beispiel 3 Dies Beispiel beschreibt die Herstellung eines für einen
Bootskörper geeigneten Mehrkomponenten-Verbundmaterials.
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Reines, pigmentiertes und katalysiertes Polyesterharz wird in einer
Dicke von ca. 0,127 mm auf eine polierte Formoberfläche aufgesprüht. Das pigmentierte
Polyesterharz ist von einer hochwertigen, gewöhnlich als Gel-Beschichtung bei der
Herstellung von Solyesterharzteilchen verwendeten Art. Für den Auftrag des Materials
wird die Vorrichtung in allgemein bekannter Weise betrieben. Anschließend werden
dem Harz Glasperlen zugesetzt und damit eine weitere, etwa 0,254 dicke Schicht aufgetragen.
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Die Gelharzschicht läßt man 60 min lang bei 21 0 aushärten. Nach dem
Aushärten der Schicht wird das im Beispiel 1 beschriebene Verfahren wiederholt,
wobei Jedoch für die mittlere Schicht Glasperlen anstelle des Aluminiumtrihydrats
ALCOA C31 verwendet werden. Das dabei entstehende Mehrkomponenten-Verbundmaterial
eignet sich hervorragend für einen Bootskörper.
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Somit eignen sich das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße
Vorrichtung zum Herstellen von zahlreichen verschiedenen Nehrkomponenten-Verbundkörpern.
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Insbesondere eignet sich die Vorrichtung zum Herstellen von Bootskörpern,
sanitären Einrichtungsgegenständen Tischplatten und anderen, ähnlichen Gegenständen.