DE2701132A1

DE2701132A1 - Verfahren zur herstellung von formkoerpern aus geschaeumtem kunstharz

Info

Publication number: DE2701132A1
Application number: DE19772701132
Authority: DE
Inventors: Glen E W Saidla
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1976-02-02
Filing date: 1977-01-13
Publication date: 1977-08-04
Also published as: JPS52110775A; CA1079919A; US4130614A; GB1565881A; FR2339488A1; IT1075257B; NL7701079A

Description

BEIt₇ IVOI.FF Λ. BEIL 12. Jan. 1977

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Unsere Nr. 20 85¹J F/Lr

Exxon Research and Engineering Company Lindsn, N.J., V.St.A.

Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus geschäumtem Kunstharz

Vorliegende Anmeldung betrifft die in den Ansprüchen wiedergegebonen Gegenstände.

Schnelle Fortschritte auf dem Gebiet der Polymerchemie in den vergangenen Jahren führteil zu einer stetig ansteigenden Anwendung von synthetischen Materialien bei der Herstellung von zahlreichen Arten von Strukturen, welche bisher aus Holz, Metall, Glas und dergleichen als herkömmliche Materialien hergestellt wurden. So v/erden jetzt verstärkte Polymere für die verschiedensten baulichen Anwendungen benutzt. So fanden Laminate mit einem zellenförmigen Kern und Außenschichten aus verstärkenden Materialbahnen (sheets), welche durch Verkleben an den zellenförmigen Kern gebunden sind, aufgrund ihrer Festigkeits- und Gewichtseigenschaften beträchtliches kommerzielles Interesse.

Es liegt auf der Hand, daß Laminate, v/elche durch Verkleben von verschiedenen Schichten aus Schichtmaterialien hergestellt wurden)Festigkeitseigenschaften aufweisen, welche zu

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einem beträchtlichen Ausmaß durch die Qualität der Bindung zwischen Kern und Schale (skin) begrenzt sind. Bei Laminaten besteht die Neigung, daß die Schichten in einem gewissen Zeitraum sich aufspalten (Delaminierung), wenn sie einer großen Biegebeanspruchung unterworfen werden, wodurch ihre Brauchbarkeitsdauer verkürzt wird.

Es wurden Anstrengungen unternommen, Laminate durch Verschäumen einer expandierbaren Kunstharzzusa^r.ensetzung zwischen verstärkenden Faserbahnen, wie z.3. Glasfasergeweben oder Glasfasermatten, herzustellen.

Neuerdings wurde eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eine3 faserverstärkten Schaur.körpers entwickelt, bei dem im Schaum in einer zuvor festgelegten Konzentration zufällig orientierte Stapelfasern verteilt sind. Wenn dieser faserverstärkte Schaum zwischen gewebten Gespinsten, wie z. B. Glasfasergewebe, hergestellt wird, wird infolge der "Verankerung" des Gewebes in den Schaar.körper durch die zufällig orientierten Paserfäden eine 'wesentliche Verbesserung dor mechanischen Festigkeit des Schaur.s erreicht. Infolgedessen haben dieses Baur.aterial bzw. hieraus hergestellte Platten ein starkes Interesse gewonnen, und zwar aufgrund ihres geringen Gewichtes und einer hohen Festigkeit. Ein derartiges Material ist zur Herstellung von leichten stabilen Böden und Wänden, insbesondere für ivohnwagenaufbauten und dergleichen, sehr brauchbar.

Bei der Herstellung derartiger faserverstärkter Schaurnkörper ist es jedoch oft sehr erwünscht, den Schaumformkörper mit einer äußeren Oberflächenschicht aus Folienmaterial, wie z.B. einer Acrylkunststoff-Folie, zu versehen, so daß der Form-

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körper eine glatte und ästhetisch ansprechende Oberfläche aufweist. Beim Verschäumen der Kunstharzzusammensetsung zwischen Gewebeschichten ist es besonders vorteilhaft, wenn man auch das Kunststoff-Folienmaterial in die Form bringen kann, so daß ein verstärkter Schaumkörper mit einer attraktiven Außenschicht in einem einzigen Arbeitsgang herstellbar ist.

Bei der Bildung eines Formkörpers aus Schaum mit einer Außenschicht aus Kunststoff-Folie und einer verstärkenden Faserbahn besteht die Schwierigkeit in der Herbeiführung einer ausreichenden Bindung zwischen der bogen- bzw.fclienförmigen Verkleidung (facing sheet) und dem Schaum. Sin anderes auftretendes Problem ist eine Blasenbildung, welche an der Verkleidung auftritt. Wenn sich an der Verkleidung während des Verschäumens Blasen gebildet haben, so müssen sie weggeschmirgelt v/erden, und der Formkörper muß mit einer neuen Oberfläche versehen oder repariert werden, da er sonst verworfen werden muß. Ein derartiger Ausschuß bzw. die Erfordernis des Aufbringens einer neuen Oberfläche sind selbstverständlich in hohem Maße unwirtschaftlich. Infolgedessen besteht ein erhebliches kommerzielles Interesse für die Entwicklung eines Verfahrens zum Verschäumen einer expandierbaren Kunststoffzusar-iT.ensetzung zv.-ischen verstärkendem Schalenmaterial aus Fasern und bogen- bzw. folienförmigen Verkleidungen, bei de- eine Blasenbildung der Verkleidung wesentlich herabgesetzt, wenn nicht gar völlig vermieden wird.

Es wurde nun gefunden, daß eine Blasenbildung der bogen- bzw. folienförinigen Verkleidungen, die typischerweise beim Verschäumen einer expandierbaren Kunstharzzusammensetzung in einer Form auftritt, wobei zumindest eine erste Schicht aus einer Bahn verstärkenden Fasermaterials und eine zweite,

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äußere Schicht aus einer bogen- bzw. folienförmigen Verkleidung vorliegen, vermieden werden kann, wenn man eine expandierbare Kunstharzzusammensetzung verwendet, die eins zuvor festgelegte Viskosität besitzt, die eine direkte Punktion der Porosität der verstärkenden Faserbahn und eine indirekte Funktion der Zeit des Schäumungsbeginns bei einer gegebenen Temperatur ist. Unter "Zeit des Schäumungsbeginns" wird im vorliegenden diejenige Zeit verstanden, welche von der Herstellung einer expandierbaren Zusammensetzung bis zum Schäumungsbeginn verstrichen ist.

Ganz einfach gesagt, wird somit ein faserverstärkter Schaumformkörper mit zumindest einer bogen- bzw. folienförmigen Verkleidung, vorzugsweise jedoch 2 Verkleidungen aus Polymerfolien, hergestellt, indem man eine expar.dierbare Schaumzusammensetzung in einer Form verschäumen läßt, welche mit einer bogen- bzw. folienförmigen Verkleidung und einer Faserbahn aus verstärkendem Fasermaterial versehen ist. Die expandierbare Schaumzusammensetzung wird zwischen Schichten aus Faserbahnen und Bögen bzw. Folien in eine ?orn gebracht, und man läßt sich die Zusammensetzung ausdehnen und die Form vollständig füllen. Die expar.dierbare Zusammensetzung wird aus Zusammensetzungen ausgewählt, welche bei der Temperatur, bei der das Kunstharz ir. die Form gebracht wird, genügend viskos sind, so daß, wenn die expandierbare Schaumzusammerpetzung auf die bei der Bildung des Forrr:körr>ers verwendete Faserbahn

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gebracht wird,/aufgrund der Schwerkraft durch die öffnungen oder Hohlräume in der Faserbahn fließt, wobei der Zeitraum, indem Perlen der Kunstharzzusammensetzung auf der Unterseite der Faserbahn auftreten, größer ist als die Zeit des Schäumungsbeginns der Kunstharzzusammensetzung.

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Diese und andere Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben.

Figur 1 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines Formkörpers, v/elcher erf indungsgemäß hergastellt vmrde.

Figur 2 ist eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform einer zur erfindunjsr-errl.ssn Herstellung eines Schaumkörpers verwendeter, verstärkenden Faserbahn.

Figur 3 ist eine schematische Querschrittsaar:>tellung der Füllung einer Form aus ein^r ex.nandierbaren Kunstharzzusammensetzung zur erfinaungs.-ernäiien Herstellung eines Schaumformkörpers.

Figur 1 stellt einen bevorzugten Mehrschichtformkörper dar, v/elcher allgemein mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet wird; er· umfaßt eine Schale oder eine erste bogen- bzw. folienförmige Verkleidung 10 auf der Oberseite des Formkörpera und eine zweite Schale 11 auf der Unterseite des Formkörpers. Der Mehrschichtformkörper 12 mit Schaumkern besitzt eine integrale Schale 15 aus Schaum verhältnismäßig hoher Dichte auf seiner Oberseite ur.d eine integrale Schale 16 aus Schaum verhältnismäßig hoher Dichte auf seiner Unterseite. In die erste und zweite integrale Schicht 15 und 16 sind verstärkende Faserbahnen 18 bzw. 19 in Form von Fasergeweben eingebettet. Der Hehrschichtformkörper 12 besitzt einen zellenförmigen Schaumkern 20; in ihm sind Stapelfasern 21 dispergiert. Diese Stapelfasern 21 sind zufällig orientiert. Sie sind in dem Formkörper zudem, bezogen auf das Gewichtsverhältnis von Fasern zu Kunststoff, im wesentlichen gleichförmig verteilt. Da jedoch die Dichte des Kunststoffs in den

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integralen Schalen 15 und 16 größer ist, treten in diesen Schalenbereichen mehr zufällig orientierte Fasern 21 als sonstwo in dem Formkörper auf, V7odurch sie zur Verankerung des Gewebes in dem Kern dienen.

Erfindungsgenäß können derartige Strukturen, wie z.B. der Mehrschichtformkörper 12, leicht aus den verschiedensten schäumbaren wärrnehärt baren Kunstharzen hergestellt werden. In derartigen Strukturen braucher, rächt unbedingt Stapelfasern 21 dispergiert sein, obgleich dies hoch bevorzugt wird. Bei der praktischen Durchführung des erfindungsge;näßen Verfahrens wird insbesondere die Bildung eines Gegenstandes aus faserverstärktem Schaumkunstharz mit einem Kern niedriger Dichte und einer integralen Schale hoher Dichte in Betracht gezogen; dennoch kann aber eine beliebige wärmehärtbare Kunstharzzusammensetzung, welche expandiert oder verschäumt werden kann, verwendet v/erden. Beispiele für geeignete wärmehärtbare Harze, welche in schandbare, expandierende Kunstharzzusammensetzungen einverleibe werden können sind Phenol-Aldehydharze, Harnstoff-Aldehydharze, Epoxyharze sowie Polyurethanharze.

Die zuvor genannten Kunstharze können aus im Handel erhältlichen Polymervorläufern nach bekannter. Verfahren leicht hergestellt werden. Beispielsweise werden die Polyurethanharze durch Polymerisation von Polyolen und Polyisocyanaten hergestellt; Polyester werden durch Polymerisation von Polycarbonsäuren und Polyolen, und Phenolharze durch Polymerisation von Phenolen und Aldehyden erhalten. Ferner sind viele dieser Harze in Form von Prepolymeren erhältlich, welche nach Zugabe eines Vernetzungsmittel oder Härters und/oder eines geeigneten Katalysators weiter in einen Formkörper aus Kunstharz polymerisiert werden können. So stellen die

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Monomeren, Polymeren und Prepolymeren eine Hauptkomponente oder einen Hauptvorläufer einer schäumbaren Kunstharzzusammensetzung dar. Eine weitere Hauptkomponente derartiger Harzzusammensetzungen bilden Vernetzungs- oder Härtungsmittel. Beispielsweise im Falle einer Polyesterharzzusammensetzung bildet eine Hauptkomponente der Zusammensetzung eine PoIycarbor.säure, wie z.B. eine Dicarbonsäure, und eine andere Hauptkomponente einen Polyalkohol, wie z.B. ein Diol. Im speziellen Fall von Polyurethan ist sowohl ein Polyisocyanat als auch ein Polyol jeweils eine Hauptkomponente der Kunstharzzusammensetzung. Aber auch ein Prepolymer, wie z.B. ein Polyisocyanatprepolymer, bildet eine Hauptkomponente, während ein Polyol-Vernetzungsmittel oder -Härter, wie z.B. ein solches auf Basis von Sorbit oder Saccharose, eine zweite Hauptkomponente der Kunstharzzusammensetzung darstellt.

Die Kunstharzzusammensetzungen werden nach bekannten Verfahren schäumbar gemacht. Beispielsweise kann in die flüssige Kunstharzzusammensetzung ein Treibmittel einverleibt oder dieser zugesetzt werden. Das Treibmittel kann eine Verbindung sein, welche beim Erwärmen durch chemische Umsetzung ein Gas freigibt, es kann aber auch eine Flüssigkeit sein, welche beim Erwärmen oder bei Herabsetzung des Drucks verdampft und ein Schäumen bewirkt. Das Treibmittel kann aber auch ein Gas sein. Typische Treibmittel sind beispielsweise Kohlenwasserstoffe, wie Pentan, Fluorkohlenstoffe; feste, Gas freisetzende Verbindungen, wie z.B. Azo- und Hydrazoverbindungen, Carbonate und Bicarbonate; sowie Gase, wie z.B. Stickstoff und Kohlenstoffdioxid.

Andere Bestandteile, welche in schäumbare Kunstharzzusammensetzungen einverleibt werden können, sind Katalysatoren, Härter, Weichmacher, Schaumstabilisatoren, Farbpigmente,

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flammhemmende Mittel und dergleichen. Diese Stoffe sind alle gut bekannt. Beispielsweise sind Katalysatoren zur Polymerisation der Kunstharzmonomeren diejenigen, welche gut bekannt sind; Beispiele hierfür sind Amine, Polyamine, Zinnsalze, organische Zinnverbindungen und dergleichen, welche typischerweise zur Katalysierung der Polymerisation von Polyisocyanaten und Polyolen zu Polyurethanen verwendet werden, sowie Säuren und Basen, die typischerweise zur Bildung von Polyestern und dergleichen verwendet werden.

Die Auswahl des speziellen Kunstharzes sowie die Formulierung der schäumbaren Kunstharzzusammensetzungen hängen von der Verwendung, welcher der Schaum ausgesetzt wird, ab. Bekannterweise können bei herkömmlichen Verfahren die Eigenschaften

eines verschäumten Kunststoffs, d.h. ob der Schaum starr oder ι nt

flexibel/,geöffnete oder geschlossene Zellen sowie eine integrale Schale oder keine Schale aufweist, weitgehend gesteuert werden, so z.B. durch chemische Veränderungen des Ansatzes, durch spezielle chemische Zusammensetzung des Kunstharzes und physikalische Verfahrensbedingungen. Überdies gibt es eine enorme. Auswahl an im Handel erhältlichen Ansätzen flüssiger Systeme, welche einen gleich breiten Eigenschaftsbereich der hieraus hergestellten Schäume gewährleisten. Beispielsweise sind steife Polyurethanschaumsysteme als Zweikomponenten_systerne im Handel erhältlich. Eine Komponente besteht aus dem Isocyanat, welches typischerweise ein solches auf Grundlage von Toluoldiisocyanat oder 4,4·-Diphenylmethandiisocyanat ist. Die zweite Komponente enthält Polyolgemische mit einem Gehalt an Katalysator, Treibmitteln, oberflächenaktiven Mitteln und dergleichen. Es werden spezielle Systeme hinsichtlich der gewünschten Dichte, Zellstruktur sowie Steifheit des erhaltenen Schaums ausgewählt.

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Zusätzlich zu Veränderungen in den Ansätzen zur Beeinflussung der Schaumdichte, Schalenbildung und anderen Schaumeigenschaften können beispielsweise die Temperatur der Formen und die Verfahrensdrucke modifiziert werden, um die Bildung einer integralen Schale herbeizuführen. Diese Verfahren sind ebenfalls gut bekannt.

VJorauf bereits weiter oben hingewiesen wurde, ist es bei der Durchführung der Erfindung insbesondere erwünscht, daß die Schaumzusanmensetzung durch Fasermaterialien verstärkt wird. Für die Faserphase, welche bei der Durchführung vorliegender Erfindung verwendet wird, steht ein breiter Bereich an Fasern zur Verfügung, wie z.B. Glas-, Kohlenstoff-, Graphit-, Metall- und Borfasern; insbesondere bevorzugt wird jedoch die Verwendung von zerhackten (chopped) Glasfasern. Diese Glasfasern können fast jede Länge aufweisen; in der Regel jedoch sind sie nicht langer als 7,6 cm, vorzugsweise weisen sie eine Länge von etv/a 0,317 bis 2,5¹I cm auf. Diese Fasern können durch Zerhacken aus einzelnen Fäden erhalten werden, jedoch können auch Faserbündel benutzt werden. Typische Glasfaserbündel, welche im Handel erhältlich sind, bestehen aus etwa 260 Fäden pro Bündel, und diese Faserbündel sind in Stapellängen erhältlich.

Die Fasermenge, welche beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird, hängt von der Faser selbst und der gewünschten Festigkeit des herzustellenden Schaummaterials ab. Beispielsweise verleihen bekanntlich Graphitfasern Kunststoffharzen eine beachtliche Festigkeit. Infolgedessen wird zur Erreichung einer bestimmten Festigkeit weniger verstärkendes Graphitfasermaterial benötigt als dies bei Glasfasern der Fall ist. Im allgemeinen ist die verwendete Menge an Fasern, bezogen auf die Menge an verschäumtem Kunstharz, größer als 1 %. Vorzugsweise werden jedoch, wenn Glasfasern verwendet

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werden, Mengen von 10 bis 50 Gew.-% derselben, bezogen auf das Gesamtgewicht des geschäumten Formkörpers, angewandt. Selbstverständlich können, wo dies aus Gründen der Festigkeit und Wirtschaftlichkeit erwünscht ist, auch Fasergemische in diesen Mengen verwendet werden.

Als verstärkende Faserbahnen können gewebte Gespinste oder Wirrfaservliese aus Glas, Metall und dergleichen verwendet werden; besonders bevorzugt ist jedoch die Verwendung eines verwobenen Faserglas-Rovings (woven fiberglass roving). Eine typische Art eines derartigen Rovings, die im vorliegenden verwendet wird, ist ein rTyp 30. Im allgemeinen weist das Roving etwa 3 bis etwa 8 Garne pro 2,5** cn in der Kette und etwa 3 bis etwa 8 Garne pro 2,5¹J cm im Schuß auf. Vorzugsvreise weist das gewebte Roving etwa H bis 6 Garne pro 2,5** cm in der Kette und 3 bis ¹I Garne pro 2,5¹I cm im Schuß auf. Wenn als verstärkendes Faserbahnmaterial ein Wirrfaservlies verwendet wird, wird vorzugsweise ein solches mit einer Porosität verwendet, welches derjenigen des zuvor gerannten gewebten Glas-Rovings entspricht.

Wenn verhältnismäßig große Schaumfornkörper hergestellt werden sollen, wie z.B. glasfaserverstärkte pappdeckelartige Schaumtafeln (foam boards) einer Breite von etwa 1,2 m, einer Länge von 12 m und einer Dicke von mindestens etwa 0,6 cm, wird die Verwendung einer verstärkenden Faserbahn insbesondere bevorzugt, welche eine zuvor festgelegte Abstufung von Hohlräumen oder öffnungen aufweist, wobei die kleinsten Hohlräume oder öffnungen in einem Zentralbereich der Bahn liegen, der im allgemeinen einem die Mittelpunktslinie des Formkörpers umfassenden Bereich entspricht, während die großen Hohlräume zwischen den Garnen in den Randbereichen vorliegen. Das kann auf verschiedene Weise erreicht werden. Beispielsweise kann

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das Gewebe mit einer größeren Anzahl von Kettengarnen pro Längeneinheit im Mittelpunkt des Gewebes als in den Randbereichen gewoben werden. Es können aber auch die Durchmesser der Kettengarne so verändert werden, daß das Gewebe eine abgestufte Porosität aufweist, wobei diese vom Mittelpunkt nach aussen ansteigt. Auch kann ferner die Anzahl der Schußgarne pro Längeneinheit verändert werden; im allgemeinen reicht es jedoch aus, daß die Anzahl der Kettengarne pro Längeneinheit verändert wird, so daß ein weniger poröser (d.h. dichter gewobener) Zentralbereich im Vergleich zu den Handbereichen vorliegt.

In Figur 2 ist eine besonders bevorzugte verstärkende Faserbahn dargestellt. Das Material der Faserbahn ist ein gewebter Glas.faser-Roving. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, weist die Bahn 2 Randbereiche 29 und 30 sowie einen dazwischen gelegenen Zentralbereich 31 auf. Die Porosität der Randbereiche ist aufgrund der im Vergleich zu den Randbereichen größeren Anzahl von Kettengarnen 32 pro Längeneinheit im Zentrum größer als die Porosität im Zentralbereich. Die Anzahl der Schußgarne 33 pro Längeneinheit ist im wesentlichen gleichmäßig.

Zur Verkleidung kann ein beliebiges Folien- bzw. Bogenmaterial benutzt werden, so lange es an dem für den Kern ausgewählten Kunstharz genügend haftet. So können Papierbögen, wie z.B. aus Kraftpapier, benutzt werden, beispielsweise wenn Phenolharze für den Kern verwendet werden. Auch Kunststoffe sind geeignet. So können Acrylfolien und Polyvinylfluoridfolien zusammen mit Schaummaterialien vom Polyurethantyp verwendet werden. Besonders bevorzugt ist die Verwendung einer PoIy-

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zusammen
vinylfluoridfolie/mit einem Kern aus Polyurethanschaumstoff. Typischerweise sind diese zur Verkleidung verwendeten Folien bzw. Bögen nicht porös.

Das erfindungsgenäße Verfahren wird unter Verwendung eines gewebten Glasfaser-Rovings und von Polyurethanharz anhand der Figur 3 näher beschrieben.

Es wird eine Form, wie z.B. die Form 45)mit den gewünschten Abmessungen zuerst mit der Bodenverkleidun^ aus der Kunststoff-Folie bzw. dem Papierbogen 11 ausgekleidet. Diese Folie bzw. dieser Bogen 11 kann gewünschtenfalls so in die Form eingelegt werden, daß sie bzw. er sich nicht nur über den Boden der Form '15 sondern auch deren Seitenwände erstreckt; dies ist jedoch weder erforderlich noch bevorzugt. Die Verkleidung 11 ist in diesem Beispiel eine Polymerfolie, wie z.B. eine solche aus Polyvinylfluorid. Auf die Polymerfolie 11 wird sodann eine Schicht aus einem verstärkenden Fasermaterial, wie z.B. einem gewobenen Glasfaser-Roving 19 gelegt. Danach wird in die Form eine expandierbare Kunstharz-Zusammensetzung, beispielsweise ein schäumbares Polyurethanharz 26, gebracht. Die Menge an der expandierbaren Zusammensetzung 26 ist so groß, daß diese die Form nach dem Aufblähen vollständig ausfüllt. Unmittelbar nach Einbringen der Kunstharzzusammensetzung 26 in die Form wird gewünschtenfalls und vorzugsweise eine zusätzliche Bahn an verstärkendem Gewebe 18 über die Kunstharzzusammensetzung gelegt. Auf die Bahn aus verstärkendem Fasermaterial 18 wird nun die Verkleidung 10 aus Polymerfolie gelegt. Am zweckmäßigsten wird das Gewebe 18 und die Folie 10 auf der Unterseite der Deckplatte 46 so gewunden, daß diese beim Verschließen der Form mit der Platte ¹Io in der richtigen Lage sich befinden. Nach Schließen der Form läßt man das Gemisch ausschäumen und erhärten.

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Um das Phänomen der Blasenbildung, welches am häufigsten beim Verschäumen einer expandierbaren Kunstharzzusammensetzung, wie zuvor gezeigt, auftritt, zu vermeiden, ist es kritisch, daß die schäumbare Zusammensetzung 26 eine bezüglich der Schäumungsbeginnzeit des Kunstharzsystems und den Hohlräumen und öffnungen zwischen den Fasern der verstärkenden Faserschicht vorbestimmte Viskosität aufweist. Insbesondere sollte die Kunstharzzusainmensetzung unter den Bedingungen, bei denen sie in die Form eingebracht wird, eine derartige Konsistenz aufweisen, daß sie nicht unter der Schwerkraft durch die öffnungen oder Räume zwischen den Fasern oder Garnen der verstärkenden Faserbahn durchtritt und auf der Unterseite derselben in einer Zeit Perlen bildet, welche kürzer ist als die Zeit des Schäumungsbeginns. In anderen Worten, die schäumbare Kunstharzzusammensetzung sollte nicht durch das Fasermaterial in einer Zeit tropfen können, welche kurzer als die Zeit des Schäumungsbeginns ist. Unter der Zeit des Schäumungsbeginns wird die Zeit verstanden, die eine expandierbare Schaumzusammensetzung zum Schäumungsbeginn nach dem Zusammengeben oder Vermischen ihrer einzelnen Komponenten benötigt. Beispielsweise kann bei einem zweiteiligen Polyurethanschaumsystem das Treibmittel und der Katalysator mit dem Polyolteil des Systems kombiniert werden. In diesem Fall ist die Zeit des Schäunungsbeginns diejenige Zeit, die vom Beginn des Vermischer.s des Polyolteils mit dem Polyisocyanatteil des Systems bis zum Beginn des Schäumens verstreicht. Der Schäumungsbeginn ist sehr leicht durch eine Volumenveränderung der schäumbaren Zusammensetzung erkennbar. Es wird darauf hingewiesen, daß die Cremungszeit (cream time) bisweilen so definiert wird, daß sie den Zeitraum angibt, in welchem das Schäumen eines Kunstharzsystems beginnt, daß jedoch hierunter aber auch die Zeit verstanden wird, bei der das Harzsystem cremig wird. Infolgedessen wird der zuvor definierte Begriff "Zeit des Schäumungsbeginns" bzw. "Schäumungsbeginnzeit" im vorliegenden benutzt.

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Wie weiter oben vermerkt wurde, muß die schäumbare Kunstharzzusammensetzung eine bezüglich der Schäumungsbeginnseit und der Porosität der verstärkenden Faserbahn zuvor festgelegte Viskosität aufweisen. Bei einem sehr einfachen Test zur Ermittlung, ob die Viskosität des Kunstharz ausreichend ist, wird lediglich die verstärkende Faserbahn über einen offenen Behälter gezogen, und die Kunstharzzusammensetzung wird ohne Katalysator auf die Faserfäden gebracht. Die Zeit, welche das Kunstharz bis zum Beginn einer Perlenbildung auf der Unterseite der Faserbahn benötigt, welche im folgenden als die Tropfzeit bezeichnet wird, nuß länger als die Schäumungsbeginnzeit der Kunstharzzusammensetzung sein, wenn eine Blasenbildung bei der Bildung struktureller Schäume vermieden werden soll. Je größer die Porösität der verstärkenden Faserbahn ist, z.B. je veiter das Gewebe ist, falls gewebte Glasfasern verwendet werden, desto größer

sein die Viskosität des Kunstharzsystems/. In ähnlicher Weise muß

viskos die Kunstharzzusammensetzung umso v/emger / sein, je geringer die Porosität, z.B. je dichter die Webart des Gewebes ist.

Bei der Verwendung von verstärkender. Faserbahnen mit abgestufter Porosität ist es im allgemeinen ausreichend, daß die Tropfzeit an dem an wenigsten porösen Teil der Faser^bahn gemessen wird, so lange die verschäumbare Kunstharzzusammensetzung auf dem am wenigsten porösen Teil der verstärkenden Faserbahn in die Form gebracht wird.

Die Viskosität des Kunstharzes kann selbstverständlich nach bekannten Verfahren, wie z.B. durch Steuerung der Temperatur und Anwendung von Zusätzen, eingestellt werden. Als allgemeine Faustregel gilt bei den meisten gewebten Garnarten vom Roving-Typ, welche als Faserverstärkungen verwendet werden, daß die Viskosität der Kunstharzzusammensetzung größer als etwa 1500 Centipoise sein soll. In der Regel sollte die

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nachtrüglloh geändert

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Steigzeit (rise time) des benutzten Kunstharzsystems nicht weniger als 1 1/2 Minuten und im allgemeinen nicht mehr als 1 3M Minuten betragen. Die Steigzeit bezieht sich auf diejenige Zeit, welche 100 g Harz zum Schäumen und Aufsteigen bis zum oberen Rand eines Bechers von 9,46 cm (3.2 oz.)

(2195 Dixie cup) benötigen, der e-iwe_ ifcuenUoli«- von 43>,3Ί c^^, ₍ U '^> unit einen ^4^d

Ohne sich hierbei auf eine bestimmte Theorie festlegen zu wollen, wird angenommen, daß durch die Auswahl von Stoffen mit den zuvor genannten Viskositätseigenschaften die Blasenbildung dadurch vermieden wird, daß durch das Harz keine Luft innerhalb der Öffnungen zwischen den Garnen des verstärkenden Fasermaterials eingeschlossen wird, weil das Harz nicht durch diese öffnungen tropft. Infolgedessen wird das Harz durch den beim Schäumen und Ausfüllen der Form erzeugten Innendruck durch die Hohlräume in dem verstärkenden Fasermaterial getrieben. Eine Folge hiervon ist, daß offenbar alle Luft innerhalb der Form von dem Punkt, wo das Kunstharz in die Form eingebracht wurde, nach aussen gedrückt wird, beispielsweise vom Mittelpunkt der Form zu den Rändern. Auf diese Weise kann kein Harz das Fortschreiten der Luft zu den Rändern der Form blockieren, wo sie dann entweichen kann. Wie es auch sei, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können blasenfreie Mehrschichtformkörper, wie z.B. Platten, mit einer faserverstärkten integralen Schale und Oberflächen aus z.B. Polyvinylfluorid hergestellt werden. So wurden in einem Arbeitsgang blasenfreie geschäumte Schichtplatten mit einer Breite von 3 m, einer Länge von 13,5 m und einer Dicke von 0,6 bis 10,1 cm hergestellt.

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Claims

Patentansprüche:

Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten geschäumten Formkörpers mit einer Verkleidung auf zumindest einer Oberfläche durch Verschäumen einer schäumbaren Kunstharzzusammensetzung in einer eirte erste Schicht aus einer verstärkenden Faserbahn und eine Aussenschicht

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aus einer bogen- bzv/. folienförmigen Verkleidung, m dadurch gekennzeichnet, daß man in die die bogen- bzv/. folienförmige Verkleidung und die verstärkende Faserbahn enthaltende Form die schäumbare Kunstharzzusammensetzung in einer solchen Menge einbringt, die ausreicht, beim Schäumen die Form zu füllen, wobei die Kunstharzzusammensetzung eine zuvor festgelegte Viskosität aufweist, welche eine direkte Funktion der Porosität des verstärkenden Fasermaterials und eine indirekte Funktion der Schäumungsbeginnzeit ist, und daß man die Kunstharzzusammensetzung ausschäumen und die Form vollständig füllen läßt.

Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Kunstharzzusammensetzung verwendet, deren Viskosität so hoch ist, daß sie unter dem Einfluß der Schwerkraft nicht durch die verstärkende Faserbahn in einer Zeit fällt, welche geringer als die Schäumungsbeginn zeit der Kunstharzzusammensetzung ist.

Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Kunstharz verwendet, dessen Viskosität größer als etwa 1500 Centipoise ist, und als verstärkende Faserbahn gewebten Glas-Roving vom Typ 30 mit etwa 3 bis etwa 8 Schußgarnen und etwa 3 bis etwa 8 Kettengarnen pro 2,54 cn verwendet.

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'). Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Schaumror.-ikürperr., dadurch fjekennzeichnet, daß man

(a) eine Bahn aus einem Verkleidungsmaterial in eine Form bringt;

(b) sodann eine verstärkende Faserbahn auf das Verkleidungsmaterial in der Form legt;

(c) in die Form eine schäumbare Kunstharzzusammensetzung bringt, welche eine zuvor festgelegte Viskosität aufweist, die eine Funktion der Porosität der verstärkenden Faserbahn und der Schäumungsbeginnzeit ist; und

(d) das Harz unter Bildung eines faserverstärkten geschäumten Formkörpers ausschäumen läßt, welcher eine Verkleidung hat, welche blasenfrei ist.

5. Verfahren gemäß Anspruch Ί, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Harz verwendet, welches ausreichend viskos ist, so daß die Tropfzeit des Harzes größer als die Schäumungsbeginnzeit ist.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man nach Einbringen des Kunstharzes in die Form auf dieses eine zweite verstärkende Faserbahn legt.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die verstärkende Faserbahn einen Zentralbereich und 2 Seitenbereiche aufweist, wobei die Porosität im Zentralbereich der Faserbahn geringer ist als die Porosität in den Seitenbereichen.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man als verstärkende Faserbahn gewebte Glasfaser verwendet.

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9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man als Kunstharz schäurnbares Polyurethanharz verwendet.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man als Verkleidungsmaterial Acrylfolie verwendet.

11. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man als Verkleidungsbahn eine Polyvinylfluoridfolie verwendet.

12. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man als schäumbare Kunstharzzusammensetzung eine solche mit einer Viskosität von mehr als I5OO Centipoise verwendet .

13. Verfahren zur Herstellung eines kartonartigen Mehrschichtformkörpers mit einem Kern aus zellförmigem Schaum und integralen Schalen verhältnismäßig hoher Schaumdichte an den 2 Hauptflächen, wobei in die integralen Schalen eine verstärkende Faserbahn eingebettet ist)und der kartonartige Formkörper auf der Aussenseite dieser beiden Haupt flächen eine bogen- oder folienförmige Verkleidung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß man zwischen den beiden Schichten aus der verstärkenden Faserbahn und der bogen- bzw. folienförmigen Verkleidung eine expandierbare Harzzusammensetzung ausschäumt, welche unter den Schäumungsbedingungen eine solche Viskosität aufweist, daß das Kunstharz nicht unter dem Einfluß der Schwerkraft durch die verstärkende Faserbahn in einer Zeit fließt, welche geringer als die Schäumungsbeginnzeit ist.

I¹I. Verfahren zur Herstellung eines kartonartigen geschäumten Formkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß man

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(a) in eine Form eine Kunststoff-Folie als Verkleidungsmaterial legt;

(b) auf das Verkleidungsmaterial eine Bahn aus gewebtem Glasfaser-Roving aufbringt;

(c) auf den verstärkenden gewebten Glasfaser-Roving in der Form eine expandierbare Kunstharzzusammensetzung in einer solchen Menge aufbringt, daß die Form beim Verschäumen gefüllt wird, wobei die Kunstharzzusammensetzung so viskos ist, daß die Schäumungsbeginnzeit unter den Schäumungsbedingungen größer ist als die Zeit, in der das Kunstharz unter dem Einfluß der Schwerkraft durch den Clasfaser-Roving fließt und auf der Unterseite desselben Perlen aus Kunstharz bildet;

(d) die Kunstharzzusammensetzung mit einer zweiten Schicht aus gewebtem Glasfaser-Roving uid sodann einer zweiten Schicht aus Kunststoff-Folie als Verkleidungsmaterial bedeckt;

(e) die Form mit einer Deckplatte abdeckt; und

(f) das Kunstharz unter Bildung eines kartonartigen faserverstärkten geschäumten Formkörpers mit einer blasenfreien Verkleidung ausschäumen läßt.

15. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß r.an einen Glasfaser-Roving mit einer abgestuften Porosität verwendet, wobei die Porosität vom Zentralbereich des gewebten Glasfaser-Rovings zu seinen Seitenbereichen hin zunimmt, und wobei das Kunstharz so eingebracht wird, daß es im wesentlichen mit dem Zentralbereich des gewebten Glasfaser-Rovings übereinstimmt.

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16. Verfahren zur Herstellung eines kartonartigen Formkörpers aus geschäumtem Polyurethan durch Verschäumen einer expandierbaren Polyurethanharzzusammensetzung zwischen Bahnen aus gewebtem Glasfaser-Roving und auf letzterem aussen angeordneter Kunststoff-Folie, dadurch gekennzeichnet, daß man die expandierbare Harzzusammensetzung zwischen die Bahnen des 2 Seitenbereiche und einen dazwischenliegenden Zentralbereich aufweisenden gewebten Glasfaser-Rovings in einer Form in einer solchen "enge einbringt, daß die Form beim Verschäumen vollständig gefüllt wird, wobei die Porosität der Seitenbereiche größer als die Porösität des Zentralbereiches ist, das Kunstharz zwischen die Bahnen im Zentralbereich eingebracht wird, und die Harzzusammensetzung eine bezüglich des Zentralbereiches des Rovings größere Tropfzeit aufweist, als die Schäumungsbeginnzeit

ist

der Harzzusammensetzung/; und daß man das Kunstharz ausschäumen läßt, wodurch eine Blasenbildung im Verkleidungsmaterial im wesentlichen vermieden wird.

Für: Exxon Research and Engineering Company Linden, N.J.//, V.St.A.

IT

Dr.H./.WoIff Rechtsanwalt

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