DE2842858A1 - Verbundplatte mit zwei deckschichten und einem dazwischenliegenden kern - Google Patents
Verbundplatte mit zwei deckschichten und einem dazwischenliegenden kernInfo
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Description
28428B8
SCHWEIZERISCHE ALUMINIUM AG, 3965 Chippis
Verbundplatte mit zwei Deckschichten und einem dazwischenliegenden Kern
23. August 1978
FPA-Fe/Ri - 1226 -
FPA-Fe/Ri - 1226 -
030010/0573
Verbundplatte mit zwei Deckschichten und einem dazwischen-1legenden Kern
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbundplatte mit zwei Deckschichten und einem dazwischenliegenden Kern aus einer Mischung
eines körnigen Füllstoffes mit einem Bindemittel.
Verbundplatten der vorbezeichneten Art, bei denen metallische oder nicht-metallische Deckschichten durch vollflächige Verklebung
mit Kernschichten anorganischer Natur und mit Hilfe eines Bindemittels verbunden sind, sind bereits bekannt. Die
bei den bekannten Verbundplatten zur Anwendung gelangenden Kernmaterialien können zwar anorganisch und unbrennbar sein,
doch haften allen solchen bisher bekannten Verbunden dieser Art wesentliche Nachteile an.
Anorganische Kernmaterialien und Kleber sind wohl unbrennbar, doch sind sie oft zufolge der fehlenden Elastizität nicht in
der Lage, die aus mechanischen Beanspruchungen oder aus thermischen Dilatationen der Deckschichten resultierenden Deformationen
aufzunehmen. Solche Verbundplatten reagieren daher mit Sprödbruch oder Deckschichtabstossung bzw.Delamination.
Ausserdem sind sie meist feuchtigkeitsempfindlich oder wasseraufsaugend, wodurch die metallischen Deckschichten korrodieren
können, insbesondere wenn alkalisch reagierende Substanzen verwendet wurden.
Enthalten diese anorganischen Kernmaterialien mineralische Bestandteile hoher Härte oder Asbestfasern, ist die Verarbeitung,
wie Sägen und Bohren nur mit speziellen Werkzeugen möglich und es können toxikologisch bedenkliche Stäube die
Bearbeitung weiter erschweren.
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284285^"
Organische oder vorwiegend organische Stoffe bzw. Kunststoffe enthaltende Kernmaterialien können die Anforderungen der Unbrennbarkeit
nicht erfüllen, da bei der Einwirkung von Feuer oder hohen Temperaturen durch die Zersetzung der organischen
Bestandteile grosse Mengen brennbarer Gase abgespalten werden.
Es ist bekannt, dass die Brennbarkeit organischer Substanzen, wie Kunstharze, durch die Einarbeitung möglichst grosser Mengen
von Aluminiumhydroxid Al(OH)-, bzw. Aluminiumoxid-Hydrat stark
reduziert wird.
Die Wirkungsweise beruht einmal auf einer Verminderung des Heizwertes pro kg.Mischung entsprechend dem Füllungsgrad und
andererseits darauf, dass zur Dehydratation und Erwärmung von Al(OH) ,welches bis 35 Gew.% chemisch gebundenes Wasser enthält,
gemäss Formel
2 Al(OH)3 + 290 kJ >200°f Al2O3 + 3 H3O
ca. 1880 kJ Energie pro kg Al (OH)_ verbraucht wird. Ausserdem
wirkt der Wasserdampf als sauerstoffverdrängendes Schutzgas, wobei durch die Bildung einer oberflächlichen Schutzschicht
aus Füllstoff und Verkohlungsprodukten die tiefer liegenden Schichten gegen die Einwirkung der Zündquelle zusätzlich isoliert
und damit die Abspaltung brennbarer Zersetzungsprodukte weiter reduziert wird.
In mehreren Ländern wurden Kriterien ausgearbeitet und genormt, die es erlauben, Materialien mit geringen Anteilen organischer
Substanzen in die Klasse der unbrennbaren Baustoffe bzw. Bauteile einzustufen. Als eine Möglichkeit zur Erfüllung dieser
Unbrennbarkeitsbedingungen, muss z.B. in Deutschland nach DIN 4102 nachgewiesen werden, dass der untere Heizwert des Baustoffes
pro kg nicht mehr als 4200 kJ/kg bzw. bei Bauteilen die freiwerdende Wärmemenge - unter Brandversuchsbedingungen -
2
weniger als 16*800 kJ/m beträgt. In der Schweiz und Frankreich
weniger als 16*800 kJ/m beträgt. In der Schweiz und Frankreich
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ζ 2842
gelten für den Nachweis der Unbrennbarkeit und für die Zulassung unbrennbarer Bauteile ähnliche Bedingungen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbundplatte zu schaffen, welche gemäss den in den vorerwähnten
Ländern ausgearbeiteten Kriterien und Normen in die Klasse von unbrennbaren Bauteilen einzustufen ist, und mit welcher
gleichzeitig die den mit anorganischen Kernmaterialien und Klebern versehenen bekannten Verbundplatten anhaftenden, vorbeschriebenen
Nachteile vermieden werden.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass 100 Gewichtsteile
Kernmaterial 85-95 Gew.-% körnigen Füllstoff mit einer durchschnittlichen Korngrösse von über 100 um und einem
Gehalt von mindestens 50 Gew.-% Al(OH)., enthalten, und dass
der Bindemittelanteil 5-15 Gew.-% beträgt. Die Mischung des Kern-Füllstoffes mit einer mittleren Korngrösse von über 100
um aufweist. Vorteilhafterweise ist es nunmehr möglich geworden, ausreichend hohe Anteile Al(OH) in einen lösungsmittelfreien
Kunststoff einzuarbeiten, um die Kriterien der Nichtbrennbarkeit gleichzeitig mit den Festigkeits- bzw. Elastizitätsanforderungen
an ein Verbund-Kernmaterial mit der gewünschten Schichtdicke von vorzugsweise 2-10 mm zu erreichen,
und damit die Nachteile der bekannten unbrennbaren Verbundplatten zu vermeiden. Weitere Vorteile der Erfindung sind aus der
nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
Nach der Erfindung wird der gewünschte hohe Füllungsgrad mit Al(OH) dank einer speziellen Verteilung der ausserordentlich
geringen Bindemittelmenge durch eine gezielte strukturelle Ausbildung und Granulometrie der Al(OH) -Partikel und einem
von den Grenzflächen zum Deckblech nach der Kernmitte zu abnehmenden Bindemittelgehalt erreicht. Dadurch können Füllgrade
bzw. Verhältniszahlen zwischen Al(OH)--Füllstoff und
Bindemittel erreicht werden, die mit handelsüblichen Al(OH)_-
Qualitäten im Kornbereich von weniger als 100 urn infolge zu
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hoher benetzbarer Oberfläche nicht möglich sind, bzw. ungenügende Bindekräfte und Elastizitätseigenschaften zur Folge
haben.
Mit dem von der Grenzfläche und aussenliegenden Kernschichten
nach der mechanisch wenig beanspruchten, neutralen Kernmitte abnehmenden Bindemittelgehalt wird in optimaler Weise gleichzeitig
eine gute Verklebung zwischen Deckblech und Kern sowie im Kern eine Verfestigung der aussenliegenden, bei Biegung
hauptsächlich beanspruchten Kernschichten erreicht.
Für die erfindungsgemässe Verbundplatte können aus natürlichen
Abbaustätten durch Brechen, Sieben, Waschen und Trocknen gewonnene Granulate mit mindestens 50 Gew.-% Al (OH) , d.h. einem
Glühverlust der getrockneten Substanz von mindestens 17,5 Gew.-% in mittleren Korngrössen von über 100 jum oder aus reinem
nach dem grosstechnischen Bayer-Prozess grobkörnig ausgefülltem bzw. agglomeriertem Al(OH)., oder feinpulvrig ausgefälltes
und evtl. nachträglich durch ein spezielles Kompaktierungs-Verfahren
gewonnenes AL(OH) -Granulat mit einer scheinbaren
3
Dichte von mindestens 2,2 g/cm und einem Trockenglühverlust bis 34,6 % verwendet werden. Ausserdem kann die Kornverteilung des Aluminium-hydroxids dem Hohlraum-Minimum-Prinzip für eine optimale Packungsdichte nach dem Gesetz von Fuller
Dichte von mindestens 2,2 g/cm und einem Trockenglühverlust bis 34,6 % verwendet werden. Ausserdem kann die Kornverteilung des Aluminium-hydroxids dem Hohlraum-Minimum-Prinzip für eine optimale Packungsdichte nach dem Gesetz von Fuller
,. . .. Tr v 100 · Korndurchmesser X
Anteil Korn X =
Grö s s tkorndurchmes s er
angenähert werden.
Um eine optimale Festigkeit, insbesondere Biegefestigekeit des
Baustoffes zu erreichen, wird ein körniges Aluminiumhydroxid mit möglichst hohen Kornbruchfestigkeiten verwendet.
Als Bindemittel werden flüssige, organische Reaktionsharzgemische auf der Basis von reaktiven Kunstharzmonomeren, Vorpolymerisaten
oder Mischungen derselben, die durch Polymerisations-
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reaktionen zu Polyester-, Polyurethan-, Epoxid- oder Polymethylmethacrylat-Polymeren
aushärten, verwendet.
Die Herstellung von erfindungsgemässen Verbundplatten kann zum
Beispiel auf folgende Weise durchgeführt werden.
Die oberen und unteren Deckschichten werden mit einem Bindemittelanteil
von je 5 - 40 % der gesamten Bindemittelmenge beschichtet, dann werden auf die untere beschichtete Deckschicht
das in einem geeigneten Mischgerät mit dem restlichen Bindemittel innig vermischte schütt- oder rieselfähige Aluminiumhydroxid-Granulat
in gleichmässiger Schicht aufgetragen und anschliessend die obere beschichtete Deckschicht aufgelegt und
alle Schichten zwischen heizbaren Platten gepresst und das Bindemittel ausgehärtet. Dabei dringt die auf den Deckschichten
aufgetragene Bindemittelmenge teilweise in die aussenliegenden Kernschichten zwischen die Aluminiumhydroxid-Körner ein
und bewirkt so einen in den Aussenschichten erhöhten, nach der Kernmitte abnehmenden Bindemittelgehalt.
Für die Kernmischung werden 10 kg eines aus gebrochenem Bauxit durch Sieben, Waschen und Trocknen gewonnenen Granulates mit
folgenden Eigenschaften erhalten:
Kornverteilung 1/3 0,1 - 1 mm
1/3 1 - 2 mm 1/3 2 - 3 mm
Scheinbare Dichte der Körmer 2,4 g/cm Glühverlust des Korngemisches 25 Gew.%
Al(OH)3 - Gehalt (theoretisch) 72,2 Gew.%
in einem Zwangsmischer wird das so gewonnene Granulat während 1 Minute mit 1 kg flüssigem Polyurethan-Reaktionsgemisch,
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bestehend aus 442 g Polyestertriol mit einer Hydroxylzahl von 450 - 500 und 552 g Polyisocyanatgemisch mit ca. 90% Diphenylmethan,
4,4'-Diisocyanat (MDI) und einem NCO-Gehalt von 30 32?,
sowie 6 g Dibutylzinndilaurat als Katalysator intensiv vermischt. Diese Kernmischung wird zwischen zwei Deckblechen
2 2
von 1,5 m , die zuvor mit je 100 g/m des gleichen flüssigen
Polyurethan-Reaktionsgemisches beschichtet wurden, gleichmässig verteilt. Anschliessend werden die Deckschichten mit dem
dazwischenliegenden Kern-Füllstoff 15 min bei 80 C und
2
10 N/cm Druck auf einer Heizpresse gepresst und ausgehärtet.
10 N/cm Druck auf einer Heizpresse gepresst und ausgehärtet.
Die derart hergestellte Verbundplatte hat im .Vergleich zu einer
auf gleiche Weise mit gewöhnlichem Sand und gleicher Kornverteilung hergestellten Platte folgende für die Brennbarkeit relevanten
Eigenschaften aufzuweisen:
1. Unterer Heizwert des Plattenkerns
a) mit Bauxit als Füllstoff
= 1850 kJ/kg oder
2 2
12'980 kJ/m bei 5 mm Kerndicke (7 kg/m )
b) mit Sand als Füllstoff
= 2'960 kJ/kg oder
= 2'960 kJ/kg oder
25Ί60 kJ/m2 bei 5 mm Kerndicke (8,5 kg/m2)
2. Brennbarkeit im Labor-Brandschacht; Prüfung an Kernplatten ohne Deckschichten 7 χ 190 χ 450 mm senkrecht,
(hochkant); 5 min Beflammung der Probenunterkante mit 2 Bunsenbrennern.
Ergebnisse:
a) mit Bauxit als Füllstoff
max. Rauchgastemperatur
Gewichtsverlust 6,4%
kein Nachbrennen
max. Rauchgastemperatur
Gewichtsverlust 6,4%
kein Nachbrennen
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b) mit Sand als Füllstoff
max. Rauchgastemperatur 500 C Nachbrennen bis zum totalen Zerfall der Probe
Für die Kernmischung werden 1,5 kg alkaliarmes, grob ausgefälltes Aluminiumhydroxid mit einem Kornhäufigkeits-Maximum
von 100 - 20 ^um, 3,5 kg nach einem speziellen bekannten Pressverfahren
auf eine Rohdichte von mindestens 2,2 g/cm kompaktiertes und auf einen Kornbereich von 0,2-1 mm granuliertes
Aluminiumhydroxid sowie 5 kg auf die gleiche Weise hergestelltes Aluminiumhydroxid-Granulat im Kornbereich von 1-3 mm
im Zwangsmischer während 1 min gemischt mit 1 kg Polyurethan-Reaktionsgemisch wie im Beispiel 1 beschrieben.
Die Kernmischung wird zwischen zwei Deckschichten, deren kern-
2 seitige Flächen zuvor mit je 150 g/m eines elastischen 50%
Füllstoff enthaltenden Polyurethan-Zweikomponenten-Klebstoffes beschichtet wurden, gleichmässig verteilt und der ganze Verbund
15 min bei 80 C und 10 N/cm Druck unter der Heizpresse ausgehärtet.
Die Kernschicht dieser Platte hat nach dem Ablösen der Deck-
2 schichten eine Dicke von 5 mm und ein Gewicht von 6,7 kg/m .
Der untere Heizwert beträgt 1005 kJ/kg oder 6'700 kJ/m .
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Claims (4)
1. Verbundplatte mit zwei Deckschichten und einem Kern, welcher aus einer Mischung eines körnigen Füllmaterials und
einem Bindemittel besteht, dadurch gekennzeichnet, dass 100 Gewichtsteile Kernmaterial 85-95 Gew.-% körnigen Füllstoff
mit einer durchschnittlichen Korngrösse von über " 100 yum und einem Gehalt von mindestens 50 Gew.-% Al(OH)
enthalten, und dass der Bindemittelanteil 5-15 Gew.-% beträgt.
2. Verbundplatten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Innenseiten der beiden Deckschichten zur Verbesserung
der Haftung und der Verbundfestigkeit jeweils ein Teil des gesamten Bindemittelanteils aufgetragen ist,
und dadurch der Bindemittelanteil von den Deckschichten zur Kernmitte abnehmend verteilt ist.
3. Verbundplatte nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernfüllstoff Fasern enthält.
4. Verbundplatte nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
dass das Bindemittel ein durch Polymerisationsreaktionen aus flüssigen Komponenten bei der Plattenherstellung
gehärtetes organisches Reaktionsgemisch ist.
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