DE2700907A1

DE2700907A1 - Schichtstoff-bauplatten und verfahren zur herstellung derselben

Info

Publication number: DE2700907A1
Application number: DE19772700907
Authority: DE
Inventors: Joseph R Hagan; Donald E Hipchen; Michael J Skowronski
Original assignee: Celotex Corp
Current assignee: Celotex Corp
Priority date: 1976-01-19
Filing date: 1977-01-11
Publication date: 1977-07-21
Also published as: ES466545A1; DE2700907C2; JPS52110791A; AT361718B; JPS5758294B2; NL186800C; ES455136A1; NL7700527A; FR2338139A1; FR2338139B1; CA1088409A; NL186800B; IT1192168B; ATA24977A; LU76595A1; GB1536979A

Description

Potentanwalt >

62 Wiesbaden _CEL

Wh· Il W. 5*11«

The Celotex Corporation
Tampa, Florida, V.St.A.

Schichtstoff^Bauplatten und Verfahren zur Herstellung

derselben

Die Erfindung betrifft Schichtmaterialien und mit Schaumstoff gefüllte Bahnen, die zu Dekorationszwecken und in der Bauindustrie eingesetzt werden können, und sie betrifft insbesondere strukturell feste Paneele aus einem Schaumstoff, in welchen Glasfasern im wesentlichen gleichmäßig eingearbeitet sind. Die Erfindung betrifft zugleich ein Verfahren zur Herstellung solcher Produkte. Das Gebiet der Schaumkunststoffe reicht sehr weit, und die Wahl des betreffenden Kunstharzes wird nicht nur durch die Kosten und die leichte Zugänglichkeit derselben bestimmt, sondern auch durch die Forderung nach solchen Eigenschaften, wie Entflammbarkeit, Brüchigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Aussehen, Verschäumbarkeit und Anwendungsmöglichkeiten, so-

709829/1003

wie Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeit. Und es ist natürlich bekannt, daß man Füllstoffe und Zusätze einarbeiten kann, um die Eigenschaften der Schaumstoffe zu verändern.

Es sind bereits große Anstrengungen unternommen worden, um Schichtstoff-Bauplatten zu erzeugen, insbesondere solche aus verschäumten Kunstharzen, die sowohl zu Isolierungszwecken als auch als Wand- und Deckenpaneele verwendet werden können. Schichtstoffe waren hinsichtlich der Wahl der zu verwendenden Schaumkunststoffe bisher meist sehr beschränkt. Andererseits konnten Schaumkunststoffe, die in Bezug auf bestimmte Eigenschaften nicht zufriedenstellend waren, durch Verwendung von Zusätzen einsatzfähig gemacht werden. Diese Zusätze oder Füllstoffe haben manchmal gewisse Nachteile; so sind z.B. die Halogene und/oder Phosphor enthaltenden feuerhemmenden Zusätze häufig toxisch. Selbsttragende Schaum-Schichtstoffe, wie z. B. solche aus Polystyrol und Polyvinylchlorid sind ebenfalls bekannt, besitzen jedoch geringe strukturelle Festigkeiten, wodurch ihre Verwendbarkeit sehr beschränkt ist.

Schichtstoffe, die einen Kern aus fasrigem Material aufweisen, sind ebenfalls bereits bekannt. Solche Materialien zeigen häufig unzureichende Geschlossenheit und strukturelle Festigkeit.

Ziel der vorliegenden Erfindung sind daher feste Schichtstoffe ohne Diskontinuitäten und Fehlstellen. Ein weiteres

709829/1003

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtmaterials unter Verwendung eines verschäumten Kunstharzes und einer Matte aus langen, geraden Glasfasern, die gemeinsam einen einheitlichen Schichtkörper mit überlegenen Eigenschaften und gefälligem Aussehen bilden.

Bevor Schichtmaterialien dieser Art als Baustoffe verwendet werden können, müssen sie jedoch Standardbedingungen, insbesondere hinsichtlich Brandschutz, erfüllen. Alle bisherigen Versuche zur Herstellung solcher Baumaterialien haben sich des schwammigen Charakters eines Fasermaterials von relativ geringer Dichte bedient, in welchen ein schaumbildendes Harz eingebracht und danach verschäumt und mit der gleichen Geschwindigkeit expandieren gelassen wurde, mit welcher das leichte Pasermaterial sich ausdehnte. Ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines biegsamen, schaumgefüllten Polstermaterials ist in der US-PS 3 617 594 beschrieben.

Die Verwendung eines Pasermaterials geringer Dichte bringt jedoch den großen Nachteil mit sich, daß dieses Material sich schneller elastisch rückverformt als das Schaum bildende Gemisch expandiert, so daß Hohlräume oder Taschen in dem Produkt entstehen; diese Großporen sind die Ursache für ein mögliches Versagen des Materials, wenn es als Baustoff höheren Temperaturen ausgesetzt wird. Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung eines Schicht-Baustoffes unter Verwendung

709829/1003

einer Matte von relativ hoher Dichte aus langen, geraden Glasfasern, welche dünn ist, weitgehend unzusammendrückbar, jedoch expandierbar unter der alleinigen Wirkung der Ausdehnung eines schaumbildenden Gemisches, das in die Zwischenräume zwischen den Pasern dieser Matte eindringt und diese vollkommen ausfüllt. Ein Verfahren zur Herstellung einer Matte von relativ hoher Dichte, welche den funktioneilen und strukturellen Anforderungen der vorliegenden Erfindung genügt, ist in der US-PS 2 609 320 beschrieben, vorausgesetzt, daß man dieses Verfahren bestimmten Beschränkungen unterwirft. So sind z. B. in einer Matte, die zur Verwendung in einem Schichtmaterial gemäß der Erfindung geeignet ist, die Glasfasern untereinander über Zwischenfaserbindungen durch eine solche Menge eines Faserbindemittels verbunden, daß die Glasfasermatte dimensionsstabil ist, die Zwischenräume zwischen den Glasfasern jedoch nicht davon ausgefüllt sind. Vorzugsweise wird nur eine minimale Menge dieses Faserbindemittels verwendet. Außerdem soll die Matte nicht soweit expandiert oder aufgebauscht sein, wie es in der US-PS 2 609 320 gelehrt wird, sondern sollte eine relativ hohe Dichte aufweisen, so daß, wenn auf die Ooerflachen der Matte ein Druck ausgeübt wird, dieser die Dicke der Matte nicht nennenswert verringert, und daß sich die Matte nicht in nennenswertem Umfang zurückverformt, wenn der Druck von den Oberflächen der Matte genommen wird. Es kann jedoch auch jede andere Methode angewandt

709829/1003

λ*

werden, welche zu einer Glasfasermatte mit im wesentlichen der gleichen Struktur wie der der Matte gemäß US-PS 2 609 320 unter Berücksichtigung der oben erwähnten Einschränkungen führt.

Der Schichtkörper gemäß der Erfindung hat mindestens eine Verblendung, vorzugsweise jedoch zwei Verblendungen, je eine auf jeder Seite des Schaumstoffkernes. Diese Verblendungen können aus einer Vielzahl von nichtentflammbaren Materialien, wie Asbest, Glasfaser oder Metall bestehen. Im allgemeinen kann jedes Metall, wie z. B. Kupfer, Eisen, Aluminium, Messing oder Stahl verwendet werden. Aluminium wird wegen seiner Duktilität und wegen der Leichtigkeit, mit der es zu einem Material von beliebiger Dicke verarbeitet werden kann, bevorzugt. Mit der Oberfläche mindestens einer der Verblendschichten ist ein starrer Schaum verbunden, der aus einem schaumbildenden Gemisch entstanden ist; das den Schaum bildende Gemisch muß also so beschaffen sein, daß es einen starren Schaum bildet.

Polyurethane und phenolische Polymere sind wohlbekannte Materialien für Schichtstoffe, weil sie viele, insbesondere für Baustoffe wünschenswerte Eigenschaften aufweisen. Andere Polymeren, die verschäumt werden können, sind Kautschuk, Polyvinylchlorid, Harnstoff-Aldehyde, Melamin-Aldehyde, Polystyrol, Polypropylen, Polyäthylen, Celluloseazetat, Epoxyharze, Acrylnitril/Butadien/styrol-Mischpolymere und Silikone.

709829/1003

Eine geeignete schaumbildende Harzzusammensetzung ist in der US-PS 3 799 896 beschrieben.

Ein geeignetes schaumbildendes Gemisch besteht aus folgenden Reaktionspartnern:

A. Einem Gemisch aus Polymethylenpolyphenylisocyanaten der Formel I:

(D

NCO

- NCO

-η NCO

in welcher n eine ganze Zahl von 0 bis einschließlich 8 ist, und

B. einem Diol mit einem Äquivalentgewicht von 30 bis 100 der Formel II:

(II)

HO - R¹ -OH,

in welcher R ein niederer Alkylen-Rest oder niederer Alkoxyalkylen-Rest ist,

wobei das Äquivalentverhältnis von A:B zwischen 2:1 und 6:1 liegt.

Eine andere geeignete, schaumbildende Harzzusammensetzung ist in der US-PS 3 876 620 beschrieben. Dieses einen Schaum bildende Gemisch besteht aus: A. einem Alkylolgruppen enthaltendem, phenolischen Polymeren der Formel III:

709829/1003

(in)

CH,

-OH

CH

in welcher:

(a) R eine HOCH-Gruppe, ein Wasserstoffatom oder ein

Rest mit der Formel IV ist:

(IV)

HO

OH-

fr

(b) die R -Reste unabhängig voneinander aus niederen Alkylgruppen, Phenylgruppen, Benzylgruppen, Halogenatomen, Nitrogruppen oder Wasserstoffatomen bestehen,

(c) die R -Reste unabhängig voneinander aus HOCH-Gruppen,

Wasserstoffatomen oder einem Rest mit der Formel IV bestehen,

(d) die R -Reste unabhängig voneinander aus niederen Alkylgruppen, Wasserstoffatomen, Phenylgruppen, Benzylgruppen oder Furylgruppen bestehen,

(e) m eine ganze Zahl von 2 bis einschließlich 10 ist, und

709829/1003

(f) das phenolische Polymere ein Molekulargewicht zwischen 200 und 2000 hat,

B. einer Verbindung der Formel V
(V) R²

C. einer Katalysatorzus'immensetzung eines solchen Typs und in einer solchen Menge, daß dadurch dem schaumbildenden Gemisch die gewünschten Kremzeiten und Hartzeiten verliehen werden,

D. einem Treibmittel in einer solchen Menge, daß der entstehende Schaum die gewünschte Dichte erhält, und

E. einem oberflächenaktiven Mittel.

Weitere geeignete Schaumharzzusammensetzungen sind in den US-PS.en 2 577 277, 2 498 621, 2 572 568, 2 623 023 und 2 461 942 beschrieben. Es können auch andere verschäumbare Harzzusammensetzungen verwendet werden. Schaumharzzusammensetzungen enthalten Treibmittel, die beim Erwärmen auf ausreichende Temperaturen Gase entwickeln; hierzu gehören z. B. Kohlendioxid, Ammoniumcarbonat, Kaliumcarbonat, Wasserstoffperoxid, sowie chlorierte und fluorierte Kohlenwasserstoffe, wie z« B. Fluortrichlormethan.

709829/1003

Katalysatoren, oberflächenaktive Mittel, Farbstoffe und weitere spezielle Zusätze können in an sich bekannter Weise den Zusammensetzungen zugegeben werden, um bestimmte Eigenschaften zu beeinflussen. Oberflächenaktive Mittel, wie Polyoxyäthylensorbitanmonopalmitate, PoIyoxyäthylensorbitanpolydimethylsiloxan und Polydimethylsiloxan/Polyoxyalkylen-Blockmischpolymere können als Netzmittel zur besseren Haftung der Pasern am Schaum dienen und können durch Erniedrigung der Oberflächenspannung die Schaumzellengröße beeinflussen.

Die Schichtkörper gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten eine Matte aus langen, geraden Glasfasern. Die Pasern der Matte sind in Schichten angeordnet, die im wesentlichen gleichmäßig in dem starren Schaum verteilt sind, wobei jede Schicht im wesentlichen parallel zu der Verblendungsschicht liegt und der starre ochaum die Zwischenräume zwischen den Glasfasern der Matte vollständig ausfüllt. Die Glasfasern sind im allgemeinen gerade und nicht gekrümmt, gekräuselt o.a.. Die Glasfasern sind auch nicht kurz, sondern ziemlich lang und haben im allgemeinen eine Länge von mehr als 30 cm und vorzugsweise von 1,5 bis 4 m. Unter die Glasfasern ist eine relativ geringe Menge eines Bindemittels gemischt, vorzugsweise eines silanmodifizierten Polyesters in einer Menge von etwa 2 bis 10 Gew.-^, bezogen auf das Gesamtgewicht von Glasfasern und Bindemittel. Eine Glasfasermatte, die eine solche Menge des Paserbindemittels enthält, ist dimen-

709829/1003

sionsstabil, kann sich jedoch ausdehnen unter der Wirkung der Expansion eines schaumbildenden Gemisches, das in die Zwischenräume zwischen den Fasern der Matte eindringen gelassen wurde.

Die Glasfasermatte wird in den Schichtkörper in einer solchen Menge eingearbeitet, daß dessen kontinuierliche, strukturelle Unversehrtheit gewährleistet ist, auch wenn er hohen Temperaturen oder offenen Flammen ausgesetzt wird, jedoch nicht in einem solchen Maße, daß die Oberfläche des Schichtkörpers durch herausragende einzelne Fasern zerstört wird. Die Glasfasermatte erfüllt ihre Funktion, wenn sie in einer Menge von 13 80 g/Motor· Schich t stoff bah i^na.^c ..\\ .-i"" j

in dieser enthalten ist. Eine Bauplatte enthält vorzugs- 2,550 - f, S6QKJl*sf*M*'iM*He P'C früfa fc>gte*>

ίΊ*ϊ nritr pg Bauplatte.

Qc;...,v v-ji'i

Ein besonders geeignetes Verfahren zur Herstellung eines Schichtkörpers gemäß der Erfindung besteht darin, daß man die zuvor hergestellte dünne, im wesentlichen unzunammendrückbare, jedoch expandierbare Matte aus geraden langen Glasfasern mit einem schaumbildenden Gemisch wie oben beschrieben in Berührung bringt, eine Deckbahn (Verblendung) auf mindestens eine Oberfläche der Matte legt und die Deckbahn zusammen mit der Matte und dem schaumbildenden Gemisch in den Eingriff zweier rotierender Walzen bringt, wodurch das schaumbildende Gemisch in die Zwischenräume zwischen den Glasfasern der Matte gepreßt wird. Das Gemisch, in welchem die Glasfasern im wesentlichen gleichmäßig verteilt

709829/1003

sind, wird nun der Wirkung von Hitze ausgesetzt, die durch kontrollierte Zirkulation von Heißluft von 65 120° C zugeführt wird, und wird zu einem starren Schaumschichtkörper gehärtet. Dieser starre Schichtkörper wird dann zu Paneelen von geeigneter Länge geschnitten. Gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Glasfasermatte in einer Richtung parallel zur Laufrichtung der Matte in einem bestimmten Umfnng gereckt werden, wodurch ein Schichtkörper erhalten wird, der durch eine gleichförmigere Verteilung der Glasfasern in der Matte ausgezeichnet ist. Das Recken wird in einem solchen Ausmaß durchgeführt, daß nur einige innere Faserbindungen zerrissen werden, etwa zu 1 bis 10 $, bezogen auf die Länge der Matte vor dem Recken.

Die Schichtkörper können als Verkleidungen verwendet werden, bei denen die eine Oberfläche verziert oder geprägt ist. Es können aber auch beide Seiten verziert sein. Die Erfindung wird durch die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist;

Figur 2 einen vergrößerten Schnitt durch einen Schichtkörper entlang der Linie 2 - 2 in Figur 1;

Figur 3 eine Draufsicht auf den Schichtkörper von Figur entlang der Linie 3 - 3 in Figur 2;

709829/1003

Figur 4 eine Draufsicht auf den Schichtkörper von Figur 2 entlang der Linie 4 - 4 in Figur 2, und

Figur 5 eine schematische Darstellung des Versuchsaufbaus für einen Brandversuch in der Ecke eines Fabrikgebäudes unter Verwendung von ausgewählten Materialien gemäß der vorliegenden Erfindung,

In Figur 1 ist eine für die Durchführung der Erfindung geeignete Vorrichtung schematisch dargestellt. Die Vorrichtung 10 besteht aus Tanks 11, 12 und 13, welche die Schaumbestandteile und Zusätze, wie Treibmittel, oberflächenaktive Mittel etc. enthalten, und welche jeweils an die Ausflußleitungen 14, 15 und 16 angeschlossen sind. Die Leitungen 14, 15 und 16 führen zu Dosierpumpen 17, 18 und

19. Die Pumpen 17, 18 und 19 entleeren in die Leitungen

20, 21 und 22, welche jeweils mit Schläuchen 23, 24 und verbunden sind. Die Schläuche 23, 24 und 25 führen in einen Mischkopf 29. Die Vorrichtung 10 weis« außerdem eine Rolle 30 aus Bahnmaterial 43 für die untere Verblendung, eine Rolle 30' aus Bahnmaterial 43' für die obere Verblendung und eine Rolle 31 aus Glasfasermatte auf, sowie Einstellwalzen 32 und 33 und einen Ofen 35, der mit Düsen 36 und 36' zur Einführung und Zirkulation von Heißluft ausgerüstet ist. Schließlich besitzt die Vorrichtung 10 noch Zugwalzen 38 und 39, von denen jede vorzugsweise eine elastische Außenhaut 40, bzw. 41 aufweist, sowie eine Schneidvorrichtung 44, mit welcher die nach diesem Verfahren hergestell-

709829/1003

ten Schichtstoffbahnen auf die gewünschte Länge und damit zu Paneelen geschnitten werden.

Während des Betriebs dieser Vorrichtung werden die Tanke mit dem den Schaum bildenden Gemisch in beliebiger, zweckmäßiger und dem spezifischen Polymeren angepaßten Weise beschickt. So kann z.B. bei einem Urethanschaum sich das Polyol in dem einen Tank, das Polyisocyanat in einem anderen Tank und der Katalysator in einem dritten Tank befinden. Andere Polymeren, wie z. B. Polyvinylchlorid können in Form einer Dispersion verwendet werden, zu welcher Weichmacher und Treibmittel zugegeben werden. Polyvinylchlorid kann aber auch extrudiert werden, ebenso wie Polystyrol, Celluloseazetat und die Polyolefine. Kautschuk und Harnstoff/Pormaldehyd-Harze können vorgeschäumt und mit den geeigneten Treibmitteln und oberflächenaktiven Mitteln vermischt werden. Die Geschwindigkeiten der Pumpen 17, 18 und 19 werden so eingestellt, daß die Komponenten in den Tanks 11, 12 und 13 in den gewünschten Mengenverhältnissen entnommen werden. Diese Komponenten fließen durch die Leitungen 20, 21 und 22 sowie 23, 24 und 25 und werden im Mischkopf 29 zu dem schaumbildenden Gemisch 45 vermischt, welches mit der dünnen, weitgehend unzusammendrückbaren, jedoch expandierbaren Glasfasermatte 42 in Berührung gelangt, die von der Rolle 31 zu dem Eingriff 34 zwischen den beiden Einstellwalzen 32 und 33 läuft.

Dank der Rotation der Zugwalzen 38 und 39 werden die untere Deckbahn 43 von der Rolle 30, die obere Deckbahn 43' von

709829/1003

der Rolle 30' und die Glasfasermatte 42 von der Rolle 31 abgezogen. Die Deckbahnen 43 und 43' mit der dazwischen befindlichen Matte 42 und dem schaumbildenden Gemisch 45 laufen durch den Eingriff 34 der beiden rotierenden Einstellwalzen 32 und 33. Der Mischkopf 29 wird mittels einer sich hin- und herbewegenden Vorrichtung 49 senkrecht zur Zeichnungsebene vor- und zurückbewegt, so daß stromaufwärts vom Eingriff 34 und in Berührung mit der Glasfasermatte 42 eine gleichmäßige Menge an schaumbildendem Gemisch 45 bereitgestellt wird.

Die im wesentlichen unzusammendrückbare, jedoch expandierbare Glasfasermatte 42 besitzt eine derart hohe Dichte, daß der von den rotierenden Walzen 32 und 33 auf die Matte 42 ausgeübte Druck deren Dicke nicht nennenswert verringert, jedoch das schaumbildende Gemisch 45 in die Zwischenräume zwischen den Glasfasern der Matte 42 eindringen und diese vollständig ausfüllen läßt. Die Dichte der Matte 42 ist außerdem so hoch, daß nach dem Passieren des Eingriffs 34 die Glasfasern sich nicht selbst elastisch zurückverformen, sondern sich nur unter der alleinigen Wirkung der Expansion des schaumbildenden Gemisches ausdehnen. Die Laufgeschwindigkeit der Matte 42 beim Durchgang durch den Eingriff 34 der beiden Walzen 32 und 33 ist weitgehend gleich der Geschwindigkeit der Deckbahnen 43 und 43'. Hinter den Walzen 32 und 33 besteht der zusammengesetzte Körper nunmehr aus der oberen und der unteren Deckbahn 43 und 43 ' mit der dazwischenliegenden Glasfasermatte 42, die voll-

709829/1003

ständig durchdrungen ist von dem schaumbildenden Gemisch 45» welches die Glasfasern der Matte 42 benetzt. Der Schichtkörper 48 gelangt nun in den Ofen 35, und in diesem Ofen 35 expandiert das schaumbildende Gemisch innerhalb einer Expansionszone 37. Diese Expansion wird eingeleitet durch Wärme, die in einer exothermischen Reaktion zwischen den Komponenten des schaumbildenden Gemisches 45 erzeugt wird, und wird gesteuert durch zusätzliche Wärme, die dem Ofen 35 mittels Heißluft über die Düse 36 zugeführt wird. Die Temperatur innerhalb des Ofens 35 wird durch Regelung der Temperatur der von den Düsen 36 und 36' kommenden Heißluft gesteuert, um sicherzustellen, daß die Ofentemperatur innerhalb der Grenzen bleibt, die zur Härtung des Schaums erforderlich sind. Während sie sich in der Expansionszone 37 befinden, trennen sich die Schichten aus Glasfasern 50 der Glasfasermatte unter dem Einfluß des expandierenden Schaumes 53 in einer solchen Weise, daß sie im gesamten Schaum 53 gleichmäßig in Ebenen verteilt sind, die weitgehend parallel zu der Ebene der Deckbahnen 51 und 52 verlaufen.

Der Schaum 53 härtet unter der ständigen Wirkung der Hitze, die dem Ofen 35 durch gesteuerte Zuführung von Heißluft über die Düsen 36 und 36' zugeführt wird, zu dem erfindungsgemäßen Schichtkörper 55. Der Schichtkörper 55 verläßt danach den Ofen 35, passiert die Zugwalzen 38 und und wird durch die Schneidvorrichtung 44 in endliche Längen geschnitten, wodurch aus dem Schichtkörper 55 Paneele 57

709829/1003

und 57' entstehen.

Figur 2 zeigt einen vergrößerten Schnitt entlang der Linie 2 - 2 in Figur 1 durch einen Schichtkörper 55 gemäß der Erfindung. Der in Figur 2 dargestellte Schichtkörper 55 besitzt zwei Deckschichten 58 und 60. Wie leicht einzusehen ist, kann ein Schichtkörper dieses Typs auch so aufgebaut sein, daß er nur eine einzige Deckschicht aufweist, oder daß eine der beiden Deckschichten 58 oder 60 von dem Schichtkörper entfernt werden kann, ohne daß die Funktion des Schichtkörpers ernsthaft beeinträchtigt wird.

Der in Figur 2 dargestellte Schichtkörper 55 enthält weiterhin einen starren Schaum 61, der entstanden ist aus dem schaumbildenden Gemisch 45 in Figur 1. In diesem Schaum weitgehend gleichmäßig verteilt ist eine Vielzahl von langen geraden Glasfasern 62, die in Schichten 64, 64' angeordnet sind, welche im wesentlichen parallel zu den Verblendschichten 58 und 60 verlaufen. Der starre Schaum 61 füllt die Zwischenräume 65 zwischen den Glasfasern 62 vollständig aus. Die Glasfasern 64, 64' liegen in einem spitzen Winkel zu den Glasfasern in jeder benachbarten Schicht. Dies ist in der Zeichnung schematisch an zwei benachbarten Schnitten dargestellt; der erste Schnitt ist entlang der Linie 3-3 und ist in Figur 3 gezeigt, und der zweite Schnitt ist entlang der Linie 4-4 und ist in Figur 4 dargestellt. Beide Figuren 3 und 4 sind eine Draufsicht auf den Schichtkörper von Figur 2 mit Bezugslinien A-A,

709829/1003

welche die gleiche Richtung wie in den beiden Figuren darstellen. In Figur 3 laufen die Glasfasern 62 vorwiegend in einem Winkel oC zu der Bezugslinie A-A, während in Figur 4 die Glasfasern 62 vorwiegend in einem Winkel /3 zu der Bezugslinie A-A laufen. Die Fasern in diesen einander benachbarten Schichten, die durch die in Figur und Figur 4 dargestellten Schnitte repräsentiert werden, sind so ausgerichtet, daß die Fasern in der einen Schicht in einem Winkel ( cC plus β ) zu den Fasern in der nächsten, benachbarten Schicht laufen. Der Winkel (oC plus β ) ist im allgemeinen ein spitzer Winkel und beträgt bei einer, typischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schichtkörpers weniger als 60°. Zwar sind die Glasfasern 62 im allgemeinen lang und gerade, d.h. nicht gekrümmt oder gekräuselt, jedoch werden sie innerhalb der ebenen Schichten 64, 64', die weitgehend parallel zu den Deckschichten 58, 60 des Schichtkörpers 55 verlaufen, leicht wellenförmig. Die Fasern 62 nehmen die Gestalt dieser leichten, nicht aneinanderstoßenden Wellenlinien an, wenn das schaumbildende Gemisch 45 expandiert und dabei die Fasern 62 überall im Schichtkörper 55 verteilt. Die Gesamtdicke "d" einer, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schichtkörpers 55 beträgt typischerweise 1 bis 5 cm, während die ursprüngliche Dicke der Glasfasermatte 42 weniger als 2,5 mm und im allgemeinen 0,25 bis 1,25 mm beträgt. Die anfängliche Dicke der Glasfasermatte 42 ist im allgemeinen weniger als das Anderthalbfache des Abstandes der Deckschich-

709829/1003

Jv

ten am Eingriff 34 der beiden rotierenden Walzen 32 und 33; die relativ hohe Dichte der Matte 42 verhindert jede nennenswerte Kompression durch die beiden Walzen 32 und 33.

Eine bevorzugte Vorrichtung, mit welcher das Recken der Fasermatte bewerkstelligt werden kann, ist in Figur 1 dargestellt. Die Matte 42 gelangt zunächst in den Eingriff 70 eines ersten Walzenpaares 71, 72 und dann in den Eingriff 74 eines zweiten Walzenpaares 75, 76; die Achsen der Walzen 71,72 und 75,76 verlaufen senkrecht zur Laufrichtung der Matte 42. Die Eingriffe 70 und 74 der Walzenpaare 71, 72 und 75, 76 erfassen die Matte 42. Die Umfangsgeschwindigkeit des zweiten Walzenpaares 75,76 ist größer als die Umfangsgeschwindigkeit des ersten Walzenpaares 71,72, Der Unterschied in den Umfangsgeschwindigkeiten wird so eingestellt, daß die Matte 42 in der Laufrichtung gereckt wird. Eine Alternative zu dieser Anordnung von zwei Walzenpaaren besteht darin, die Walze 31 mit einer Bremse auszurüsten, die den Vorschub der Matte 42 von der Walze 31 verlangsamt, während die Matte von den Walzen 32,33 gezogen wird.

Beispiel 1

Eine Bauplatte gemäß der Erfindung wurde hergestellt, indem eine Matte aus Glasfasern (Glasfaservlies) mit einem schaumbildenden Gemisch in Berührung gebracht wurde. Das Glasfaservlies war im wesentlichen unzusammendrückbar und hatte

709829/1003

eine Dicke von 0,75 mm. Die das Vlies bildenden Glasfasern waren lange, gerade Pasern mit einem mittleren Durchmesser von weniger als 25 /um und Längen zwischen 1,5 und 3»5 m, wobei die mittlere Länge bei über 1,5 m lag. Die Bestandteile des schaumbildenden Gemisches waren in drei Tanks wie folgt angeordnet:
In Tank 11;

Polymethylenpolyphenylisocyanat

("ΡΛΡΙ-20" von Upjohn Chemical Company) 100 Teile

Fluortrichlormethan 18,8 "

Polydimethylsiloxan/Polyoxyalkylen-Mischpolymere (L-5340 von Union Carbide) 2,16"

In Tank 12;

Diäthylenglycol 8,3 "

In Tank 13;

2,4,6-tris(Dirnethylaminomethyl)phenol

(DMP-30 von Rohm & Haas Company) 0,84"

Kalium-2-äthylhexoat 1,75"

Polyoxyäthylenglycol (MG 200)

(Carbowax 200 von Union Carbide) 7,41".

Die Zugwalzen wurden in Bewegung gesetzt, ebenso wie die Pumpen, welche den Inhalt der Tanks 11, 12 und 13 dem Mischkopf 29 in einem Gewichtsverhältnis von 100:6,87:3,04 zuführten. Dies entspricht einem Äquivalentverhältnis von Isocyanat zu Diäthylenglycol von 4,6:1. Der Inhalt von

709829/1003

Tank 11 wurde bei 18° C gehalten, während der Inhalt der Tanks 12 und 13 eine Temperatur von 18 - 24° C hatte.

Das schaumbildende Gemisch fülltedie Zwischenräume zwischen den einzelnen Fasern des Glasfaservlieses vollkommen aus und benetzte die einzelnen Pasern. Zwei Deckbahnen aus Aluminiumfolie, jeweils etwa 0,038 mm dick, wurden auf die beiden Oberflächen des aus Glasfaservlies und schaumbildendem Gemisch bestehenden Körpers aufgebracht; in die eine Deckbahn war ein dekoratives Muster eingeprägt. Die Deckbahnen mit dem dazwischen liegenden Körper aus Vlies und schaumbildendem Gemisch gelangten über den Eingriff der beiden rotierenden Walzen in den Ofen 35, der bei einer Temperatur von 107° C gehalten wurde, und in welchem das schaumbildende Gemisch in der Expansionszone 37 zu einer im wesentlichen gleichmäßigen Dicke von 2,5 cm expandierte. Das Glasfaservlies wurde mit einer solchen Geschwindigkeit zugeführt, daß der entstandene Schichtkörper Glas-

\ tyO38 Kf pro knbi KtHtHr,

faservlies in einer M*³"g?V^or\ J,9 g pro Meter Schichtkörper

... . , nachtr-icjf^h

enthielt. gelindert

Die nach dem Verfahren dieses Beispiels hergestellte Bauplatte erhielt die Bezeichnung ¹¹OELOTEX TECIINIFOAM-600 THERMAX INSULATION BOARD".

7 0 9829/1003

Beispiel 2

Eine erfindungsgemäß hergestellte Bauplatte mit der Bezeichnung CELOTEX TECHNIFOAM-600 wurde dem Factory Mutual Building Corner Fire Test (Brandversuch in der Ecke eines Fabrikgebäudes) unterworfen. Dieser Test dient der Untersuchung des Brandverhaltens von Innenwandverkleidungen; die Testbedingungen sind so gewählt, daß ein Feuer in der Ecke eines' Gebäudes simuliert wird. Die Aufgabe des Tests ist es, das Brandrisiko von Wand- und Deckenmaterialien unter typischen Gebäudebrandbedingungen zu demonstrieren. Die physikalischen Dimensionen des Testaufbaus gestatten es, eine sichere Antwort auf alle interessierenden Fragen zu geben.

Wie Figur 5 zeigt, gehört zum Versuchsaufbau 70' ein freistehender Stahlrahmen 71' mit Stützsäulen 72' und waagerechten Gurten 73» an denen das zu untersuchende Material 74' aufgehängt ist. Die Decke der Rahmenkontruktion 75' besteht aus Balken 76· und Metallstreben 77. Wellblech 78 ist an der Innenseite dieses Metallaufbaus angebracht. Die Wand 79 ist 15 m, die Wand 80 ist 11,5 m lang. Beide Wände 79 und 80 sind 7,5 m hoch. Die Paneele 74 aus Schichtmaterial sind an der Innenseite des Wellblechs befestigt, während Gipsplatten (nicht gezeigt) hinter dem Wellblech 78 installiert sind, um die Hitze im Raum zu halten. Die Brandstelle ist ein 1,5 m hoher Stapel aus 1,2 χ 1,2 m großen Holzpaletten 81, die insgesamt etwa 340 kg wiegen.

709829/1003

Gezündet wird mit Hilfe von zwei mit Heptan getränkten Baumwollwickeln 82, die in der untersten Palette 83 liegen. Der Stapel aus Holzpaletten 81 steht 30 cm von jeder der beiden V/ände 79 und 80 entfernt. Nach der Zündung simuliert die Brandstelle die ASTM-Zeit/Temperatur-Kurve für die Dauer von mindestens 15 Minuten und erzeugt 540 C in 5 Minuten oder weniger.

Wenn das Material 74' innerhalb der Grenzen des Versuchsaufbaus kein sich von selbst ausbreitendes Feuer hervorruft, sei es in Form von Flammen oder in Form von Material zerstörung, wird das getestete Material als akzeptabel bezeichnet. Proben von CELOTEX TECHNIFOAM TF-600 gemäß Beispiel 1 wurden bei diesem Test als akzeptabel befunden, selbst wenn sie nicht durch automatische Sprinkler geschützt waren.

Beispiel 3

Ein phenolisches Polymer, wie es in aer US-PS 3 876 620 beschrieben ist, wurde zur Herstellung eines zelligen Materials verwendet.

Die folgenden Mengen der angegebenen Beatandteile wurden miteinander kombiniert:

709829/1003

Bestandteile . Menge Teil Bezeichnung Gramm

A Phenolisches Polymer 80

B Phenol 11

C Katalysator: p-Toluolsulfonsäure 4,3

Xylolsulfonsäure 4,3 Wasser 4,3 13

D CPCl, 10

E Polydimethylsiloxan/Polyalkylenoxid-

Blockmischpolymer 2

P Wasser 9

Die Teile A bis P wurden in einem offenen Gefäß miteinander vermischt, wobei eine Reaktion eintrat. Die Teile A, B und P wurden gemeinsam in Form von 100 g der phenolischen Zusammensetzung von Beispiel 1 der US-PS 3 876 62o zugesetzt.

Die phenolische Zusammensetzung wurde auf die drei Tanks verteilt. Tank 11 wurde beschickt mit der phenolischen Zusammensetzung zusammen mit dem Treibmittel, Tank 12 mit phenolischer Zusammensetzung plus oberflächenaktivem Mittel, und Tank 13 mit dem Katalysator.

Das schaumbildende Gemisch füllte die Zwischenräume zwischen den einzelnen Pasern des Glasfaservlieses völlig aus und benetzte die Pasern. Zwei Deckschichten aus Aluminiumfolie, jeweils etwa 0,038 mm dick, wurden auf beide Seiten des Körpers aus Glasfaservlies und schaumbildendem Gemisch gelegt; die eine Folie hatte ein eingeprägtes, dekoratives Muster. Die Deckbahnen mit der Pasermatte und dem schaum-

709829/1003

bildenden Gemisch dazwischen gelangten durch den Eingriff 34 der beiden rotierenden Walzen in den Ofen 35, der bei 107° C gehalten wurde, und in der Expansionszone 37 expandierte das schaumbildende Gemisch auf eine Dicke von 2,5 cm, wobei das Glasfaservlies in dem Schicht-

If₁ Q]? rty hr-c Kah,HtueHv_/
körper in einer Menge Won aee enthalten war.

709829/1003

Leerseite

Claims

Patentansprüche

M.jVerfahren zur Herstellung eines als Bauplatte verwendbaren Schichtkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß man

eine dünne, im wesentlichen unzusammendrückbare, jedoch expandierbare Matte aus langen, geraden Glasfasern (Glasfaservlies), in welcher die Glasfasern in Schichten angeordnet sind, innerhalb welcher die Glasfasern weitgehend parallel zueinander und in einem spitzen Winkel zu den Glasfasern in jeder nächsten, benachbarten Schicht liegen,

mit einem verschäumbaren Gemisch in Berührung bringt, eine Deckbahn auf mindestens eine der beiden Oberflächen dieser Glasfasermatte bringt,
und

den so gebildeten Körper zwischen zwei rotierenden Walzen hindurchlaufen läßt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man auf jede Oberfläche der Glasfasermatte eine Deckbahn aufbringt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als das verschäumbare Gemisch ein Gemisch verwendet aus:

A. Polymethylenpolyphenylisocyanaten der Formel I:

709829/1003

ORIGINAL INSPECTED

NCO

NCO

in welcher η eine ganze Zahl von O bis einschließlich 8 ist, und

B. einem Diol mit einem Äquivalentgewicht von 30 bis 100 der Formel II:
(II) HO - R¹ - OH

in welcher R ein niederer Alkylen-Rest oder niederer Alkoxyalkylen-Rest ist,

wobei das Äquivalentverhältnis von A:B zwischen 2:1 und 6:1 liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als das verschäumbare Gemisch ein Gemisch verwendet aus A. einem Alkylolgruppen enthaltendem, phenolischen Polymeren der Formel III:

(III)

709829/1003

in welcher:

(a) R^ eine HOOH-Gruppe, ein Wasserstoffatom oder ein

Rest mit der Formel * IV ist: (IV) R³ HO _r R² R⁵ RTT I.

•Λ

(b) die R -Reste unabhängig voneinander aus niederen Alkylgruppen, Phenylgruppen, Benzylgruppen, Halogenatomen, Nitrogruppen oder Wasserstoffatomen bestehen,

(c) die R -Reste unabhängig voneinander aus HOCH^Gruppen,

Wasserstoffatomen oder einem Rest mit der Formel IV bestehen,

(d) die R -Reste unabhängig voneinander aus niederen Alkylgruppen, Wasserstoffatomen, Phenylgruppen, Benzylgruppen oder Furylgruppen bestehen,

(e) m eine ganze Zahl von 2 bis einschließlich 10 ist, und

(f) das phenolische Polymere ein Molekulargewicht zwischen 200 und 2000 hat,

B. einer Verbindung der Formel V:
(V)

709829/1003

C. einer Katalysatorzusammensetzung eines solchen Typs und in einer solchen Menge, daß dadurch dem schaumbildenden Gemisch die gewünschten Kremzeiten und Hartzeiten verliehen werden,

D. einem Treibmittel in einer solchen Menge, daß der entstehende Schaum die gewünschte Dichte erhält, und

E. einem oberflächenaktiven Mittel.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Glasfasermatte verwendet, deren ursprüngliche Dicke kleiner ist als das Anderthalbfache des Abstandes der beiden Deckbahnen beim Durchgang durch die beiden
rotierenden Walzen.
6. Verfahrpn nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Glasfaservlies verwendet, das sich nur unter der Wirkung der Expansion des verschäumbaren Gemisches ausdehnt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man ein verschäumbares Gemisch verwendet, welches die Fasern der Glasfasermatte benetzt und die Zwischenräume zwischen den Pasern vollkommen ausfüllt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Glasfasermatte verwendet in eher die Glasfaserschichten parallel zu den Glasfaser-

709829/1001

mattenoberflächen verlaufen.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Glasfasermatte verwendet, in welcher die Glasfasern in jeder Schicht in einem Winkel von weniger als 60° zu den Glasfasern in jeder benachbarten Schicht verlaufen.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß man eine Glasfasermatte verwendet, welche eine solche Menge eines Faserbindemittels enthält, daß die Matte dimensionsstabil ist, die Zwischenräume zwischen den Fasern jedoch von diesem Bindemittel nicht ausgefüllt sind.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Glasfasermatte unendlicher Länge verwendet und diese Matte in der Laufrichtung soweit reckt, daß nur wenige Zwischenfaserbindungen zerrissen werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man die Matte um 1 bis 10 % ihrer ursprünglichen Länge reckt.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man die Matte reckt, indem man sie durch zwei rotierende Walzenpaare laufen läßt, deren Achsen senkrecht zur Laufrichtung der Matte liegen, wobei die Umfangsgeschwindigkeit des in Laufrichtung weiter vorn liegenden Walzenpaares

709829/1003

größer ist als die des in Laufrichtung weiter zurück liegenden Walzenpaares.
14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man die Glasfasermatte von einer Vorratsrolle abrollen läßt, deren Geschwindigkeit man bremst.
15. Ein als Bauplatte verwendbarer Schichtkörper, bestehend aus:

A. mindestens einer ebenen Deckbahn (Verblendung),

B. einem an der einen Oberfläche dieser Deckbahn haftenden, starren Schaum, der aus einem verschäumbaren Gemisch entstanden ist,

C. einer Glasfasermatte aus langen, geraden Glasfasern (Glasfaservlies), in welcher die Fasern in Schichten angeordnet sind, die weitgehend parallel zu der Deckbahn verlaufen, wobei diese Fasern im wesentlichen gleichmäßig in diesem starren Schaum verteilt sind.
16. Schichtkörper nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß er auf jeder Oberfläche des starren Schaumes eine Deckbahn aufweist.
17. Schichtkörper nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß diese Deckbahn eine Metallfolie von 0,025 bis 0,25 mm Dicke ist.
18. Schichtkörper nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderseite der Deckbahn, an welcher der starre Schaum haftet, eine dekorative Prägung aufweist.

709829/1003