DE2915699A1 - Verklebeverfahren unter verwendung eines schwammstofftraegers - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verkleben der Oberflächen von Gegenständen aus bspw. Harz, Holz und Metall und richtet sich speziell auf ein verbessertes Verfahren zur Durchführung einer solchen Verklebung unter Verwendung eines Trägers aus offenzelligem Schaum- oder Schwammstoff, der ein härtbares Harz enthält.

Das grundliegende Problem bei der Handhabung sämtlicher flüssiger Kleber, die bei Umgebungstemperaturen härten sollen, ist, daß das Kleberharz mit dem Härter bzw. Katalysator vermischt und dann schnell auf die zu verklebenden Oberflächen aufgetragen werden muß, die man dann zusammenpressen muß, bevor der Kleber zu gelieren beginnt bzw. dessen Nutzungdauer verstreicht. Zum Auftragen kann man bspw. Kratzer, Spachtel, Sprühdüsen oder dergl. einsetzen, die den Kleber ungleichmäßig auftragen und auch dazu führen, dass der flüssige Kleber in Bereiche verschmiert wird, die kleberfrei bleiben sollten - bspw. den Fußboden. Gegenwärtig eingesetzte bei Raumtemperatur härtende flüssige Klebermischungen müssen mit Pulvern wie Cabosil-Mineralpulver vermischt werden, um das Tropf-, Durchhänge- oder Wanderungsverhalten einzustellen, wenn der Auftrag dicker als etwa 0,4 mm (0,014 in.) ist. Die Mischgeräte für die sukzessive erfolgenden Klebevorgänge müsse in der unmittelbaren Nähe der Klebestelle vorhanden sein, wo das Reinigen der Geräte und Verschütten der Bestandteile des Klebers sehr wahrscheinlich zu einer Verunreinigung anderer Bestandteile des Isoliersystems führt.

In der Vergangenheit sind unterschiedliche Verbundstoffe oder wärmehärtende Harzlaminate mit einer Bahn mit offenzelliger Struktur hergestellt worden, die ein wärmehärtendes Harz enthält. Bei einem dieser Laminate handelt es sich um ein starres geschlossenzelliges Schaumkernelement, auf das ein anfänglich elastisches offenzelliges Schaummaterial und schließlich eine Schicht eines Verstärkungsmaterials aufgeklebt werden, wobei man das Schichtgebilde in eine Form legt, Druck aufbringt, überschüssiges Harz aus dem offenzelligen Schaum ausdrückt und dann das Harz wärmehärtet, um das hochfeste Verstärkungsmaterial mit dem starren geschlossenzelligen Kernelement zu verbinden. Dieses System ist jedoch für das Verkleben großer Mengen eines verstärkten Schaummaterials bei Umgebungstemperaturen nicht geeignet - bspw. zum

Verkleben von faserverstärkten Schaumisolierungsblöcken zu einer Schaumisolierschicht in einem Schiff oder einem Tanker zum Transport von flüssigem Erdgas bei kryogenischen Temperaturen oder zum Verkleben solcher Schaumisolierblöcke mit der Innenfläche des Schiffsrumpfs im Schiff selbst.

Ein weiteres Beispiel des Standes der Technik ist ein Verfahren zur Herstellung eines Laminats mit einem wärmehärtbaren Harz, indem man eine offenzellige Bahn mit einem wärmehärtenden Harz tränkt, eine Faserverstärkungsschicht auf mindestens eine Seite der imprägnierten Bahn aufbringt, die Schaumbahn und die Verstärkungsschichten so stark komprimiert, daß Harz aus der Bahn in die fasrige Verstärkungsschicht ausgedrückt wird, und dann das Harz in der Bahn und der Verstärkungsschicht mit Wärme in einer Form bei erhöhter Temperatur aushärtet.

Es ist das Hauptziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Klebeverfahren mit einem Schwamm- oder Schaumstoffträger anzugeben, der ein wärmehärtbares Harzklebesystem enthält, das bei Raumtemperatur härtbar ist und das bei reduzierter Temperatur im wesentlichen ohne Härten gelagert werden kann und, wenn zwischen die Oberflächen von zu verklebenden Gegenständen gebracht, sich bei Raumtemperatur ohne Schwierigkeiten zu einer einheitlichen Verbindung härtet, ohne daß man überschüssiges Harz aus dem Schwammstoffträger ausdrücken muß.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verklebungsverfahren, nach dem man einen Schwammstoffträger mit einer vorbestimmten Menge eines bei Raumtemperaturen härtbaren flüssigen polymerisierbaren Harzsystems tränkt, die Temperatur des Harzgetränkten Schwammstoffträgers ausreichend schnell absenkt, um das Härten des Harzsystems zu unterbinden, dann den harzgetränkten Schwammstoffträger auf der reduzierten Temperatur vorhält, mindestens einen Teil des harzgetränkten Schwammstoffträges zwischen zu verbindende Gegenstände bringt und, die Temperatur des harzgetränkten Schwammträgers etwa auf die Umgebungstemperatur ansteigen läßt, so daß das Harzsystem härtet und die angrenzenden Oberflächen der Gegenstände verbindet, ohne das wesentliche Überschußmengen des Harzsystems aus dem harzgetränkten Schwammstoffträger ausgedrückt werden, wobei der resultierende, gehärtetes Harz enthaltende Schwammstoffträger die Klebelinie zwischen den verklebten Gegenständen bildet.

Die Erfindung schafft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines klebergetränkten Trägers zur Verwendung in einem Verklebungsverfahren, indem man kontinuierlich die beiden Seiten einer offenzelligen elastischen Polyurethanschaumstoffbahn mit einer vorbestimmten Menge eines flüssigen wärmehärtbaren Harzes tränkt, das bei Raumtemperaturen härten kann und ein Härtemittel zum Härten bei Raumtemperaturen enthält, wobei das flüssige Harz aus der aus Polyurethan-, Polyester- und Epoxyharzen bestehende Gruppen ausgewählt ist, dann eine Oberfläche der behandelten Schaumstoff- bahn mit einer Serie aufeinanderfolgender Rollen berührt, um die Polyurethanschaumbahn mit dem flüssigen Harz zu tränken, die resultierende harzgetränkte Schaumstoffbahn kontinuierlich durch eine Kühlkammer führt, um die Bahn zu kühlen und so ein Härten des Harzes zu verhindern, und schließlich die resultierende harzgetränkte Schaumstoffbahn in einem Kaltlagerbehälter bei einer ausreichend niedrigen Temperatur lagert, um das Härten des Harzes während der Lagerung zu verhindern. Zur Verwendung wird ein Teil der harzgetränkten Schaumstoffbahn zwischen die Oberflächen der zu verbindenden Gegenstände gelegt; dann läßt man die Temperatur der harzgetränkten Schaumstoffbahn auf etwa die Umgebungstemperatur ansteigen, so daß das Harz in der Schaumstoffbahn in den flüssigen Zustand zurückkehrt und bei Umgebungstemperatur härtet. Auf diese Weise werden die Gegenstände durch die Klebelinie hindurch miteinander verbunden, die von der das gehärtete Harz enthaltenden Schaumstoffbahn gebildet wird, und zwar im wesentlichen ohne ein Ausdrücken von überschüssigem Harz aus der Schaumstoffbahn.

Wenn für das Verkleben erforderlich, wird der gekühlte, das ungehärtete Harz enthaltende Schwammstoffträger, der vor oder nach dem Kühlen bzw. Einfrieren in einem gewünschten Muster zugeschnitten werden kann, unmittelbar auf oder zwischen die zu verklebenden Flächen der zu verklebenden Gegenstände gelegt - bspw. faden- bzw. faserverstärkte Polyurethanschaumisolierung und die Wandungen von flüssiges Erdgas aufnehmenden Schiffen aus Sperrholz, Beton oder Stahl und mit oder ohne Druckbeaufschlagung. Während die Temperatur der harzimprägnierten Bahn auf etwa die Umgebungstemperatur ansteigt, wird das Harz flüssig, wobei das Harz in der Bahn in den Festzustand härtet und dabei die angrenzenden Oberflächen der Gegenstände miteinander verklebt, ohne daß überschüssiges Harz im wesentlichen Ausmaß aus der harzgetränkten Bahn ausgedrückt wird. Nur der Kontaktdruck oder ein leichter Klebedruck bspw. in der Größenordnung von etwa 0,7kg/cm[hoch]2 (10 psi) braucht aufgebraucht zu werden. Die flexible Schaumbahn, die das nun auf Raumtemperatur befindliche Flüssige Harz enthält, läßt sich leicht zusammendrücken, und wird zu einem einheitlichen Teil der resultierenden Klebelinie, wenn das Harz bei Umgebungstemperatur in den Festzustand härtet.

Die in der vorliegenden Erfindung verwendete offenzellige Schaum- oder Schwammstoff-Trägerbahn kann ein flüssiges Klebeharz ohne Tropfen oder Wanderung festhalten und Klebeliniendicken von weniger als 0,127 mm (0,005 in.) bis mehr als 5 mm (0,2 in.) darzustellen; im allgemeinen liegen die Dicken aber zwischen den oben genannten Werten.

Allgemein schafft die vorliegende Erfindung ein Verklebungsverfahren, bei dem man einen Schwammstoffträger mit einer vorbestimmten Menge eines flüssigen polymerisierbaren Harzsystems tränkt, das bei Umgebungstemperatur härten kann, dann die Temperatur des harzgetränkten Schwammstoffträgers schnell und ausreichend weit absenkt, um den Härtevorgang des Harzsystems aufzuhalten, dann den harzgetränkten Schwammstoffträger bei der abgesenkten Temperatur vorhält, mindestens einen Teil des letzterwähnten harzgetränkten Schwammstoffträgers zwischen zu verklebende Gegenstände legt und, die Temperatur des harzgetränkten Schwammstoffträgers auf etwa die Umgebungstemperatur steigen läßt, so daß das Harzsystem härtet und die angrenzenden Oberflächen der Gegenstände bindet, ohne daß überschüssiges Harz aus der harzgetränkten Bahn im wesentlichen Ausmaß ausgedrückt wird, wobei der das gehärtete Harz enthaltende Schwammstoffträger eine Klebelinie kontrollierter Dicke zwischen den verklebten Gegenständen bildet.

Das Konzept der vorliegenden Erfindung erlaubt, das flüssige Klebeharz mit seinem Härtemittel zu vermischen und dann gleichmäßig und genau in den offenzelligen Schwammstoff-Träger - bspw. eine Polyurethanschaumstoffbahn - an einem vom Abwendungsort abgesetzten zentralisierten Ort zu verteilen. Nach dem Lagern bei geringer Temperatur (bspw. zwischen etwa -18°C bis etwa +4°C (0°F bis etwa 40°F) kann die abgekühlte bzw. gefrorene harzgetränkte Schaumstoffbahn in die verschiedenen Bereiche gebracht werden, in denen eine Verklebung stattfinden soll, und dort in Kühlkästen vorgehalten werden, bis die Verarbeitung erfolgt. Wenn auf eine Umgebungstemperatur von etwa 20°C erwärmt, wird der Kleber in der getränkten Schaumstoffbahn wieder flüssig und fängt dann zu härten an, und zwar bie einer nur geringen Verkürzung der normalerweise zu erwartenden Nutzungszeit, und härtet bei der Umgebungstemperatur in im wesentlichen der gleichen Zeit aus wie eine anfängliche Mischung des gleichen Harzes mit dem Härtemittel, die nicht nach der vorliegenden Erfindung zunächst gekühlt worden ist Die mit dem Kleber versehene Schwammstoff-Trägerbahn kann präzise zu einem gewünschten Muster zugeschnitten und auf die zu verklebenden Oberflächen aufgelegt werden, ohne daß der Kleber auf Bereiche verschmiert wird oder tropft, die sauber bleiben müssen. Das schwammstoffgebundene Klebersystem nach der vorliegenden Erfindung läßt sich zum Verkleben von Kunststoff-, Holz- oder Metallteilen verwenden.

Wo die Schwammstoff-Klebebahn - insbesondere die offenzellige harzgetränkte Polyurethan-Schaumstoffbahn - zu Verklebungen in Werften eingesetzt wird, kann in einer wesentlichen Anwendung der vorliegenden Erfindung der oben erwähnte Füllstoff im Harzkleber entfallen, der bisher zur Einstellung des Tropf- und Wanderverhaltens des Klebers eingesetzt werden mußte. Die breite Toleranz der Harzviskosität, die der Schwammstoffträger toleriert, erleichtert erheblich die Probleme, die die Verwendung flüssiger Kleber in Werften aufwirft. Das Konzept bzw Verfahren nach der vorliegenden Erfindung vermeidet auch die Probleme einer Überwachung und Ausbildung des Werftpersonals zur Handhabung von

Klebermischmaschinen mit Auftragsdüsen und Förderern an vielen verteilten Auftragsorten innerhalb eines Schiffes, denn der harzgetränkte Schwammstoffträger nach der vorliegenden Erfindung kann an einem einzigen zentralen abgesetzten Ort hergestellt werden und die gekühlten harzgetränkten Schwammstoff-Trägerbahnen lassen sich dann leicht den einzelnen Verklebungsstellen innerhalb des Schiffs zuführen. Zusätzlich dazu ist das Aufbringen der Bahnen aus mit Kleber gefülltem Schwammstoff oder offenzelligem Schaumstoff auf im Schiffsrumpf zu verklebenden Teilen von sich aus weit sauberer und genauer möglich als nach dem Stand der Technik und bietet eine größere Zuverlässigkeit bei geringeren Kosten.

Die Erfindung ist daher besonders geeignet für bei Umgebungstemperatur härtende Kleber für das Verkleben von Isolierungen - insbesondere faserverstärkten Polyurethanisolierungen - in großen Seeschiffen zum Transport kryogenischer Flüssigkeiten, insbesondere von verflüssigtem Erdgas.

Die Erfindung soll nun unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben werden.

Fig. 1 ist eine schematisierte Darstellung eines Verfahrensablaufs zum Tränken eines Schwammstoffträgers mit einem flüssigen, bei Umgebungstemperaturen wärmehärtenden Klebeharz und zum Kühlen des harzgetränkten Schwammstoffträgers, um die

Polymerisation und das Härten des Harzes zu verhindern;

Fig. 2 zeigt das Verkleben faserverstärkter Polyurethanblöcke mit einem Schwammstoffträger-Klebeelement nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 zeigt das Verkleben eines Blocks aus faserverstärkten Polyurethanschaum mit Sperrholz mittels des schwammstoffgebundenen Klebers nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 zeigt das Aufkleben von faserverstärkten Polyurethanschaum auf Stahl mit dem schwammstoffgebundenen Kleber nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 zeigt das Auftragen einer gekühlten harzgetränkten Bahn aus Polyurethanschaum auf die Innenfläche des Stahlrumpfs eines Tankschiffs für verflüssigtes Erdgas, und

Fig. 6 zeigt das Verkleben von Blöcken von dreidimensional faserverstärkter Polyurethanschaumisolierung mit der Innenfläche des Stahlrumpfes und mit anderen Blöcken solcher Schaumisolierung mittels der in Fig. 5 aufgetragenen harzgetränkten Schaumstoffbahnen.

Wie die Fig. 1 der Zeichnung zeigt, wird eine Schwammstoffbahn 10 von einer Vorratsrolle 12 abgezogen und unter eine Führungsrolle 14 hindurch zu einem bei 16 gezeigten Förderer geführt. Die Schaumstoffbahn 10 liegt vorzugsweise in einer Dicke von etwa 3,15 mm (1/8 in.) bis etwa 6,3 mm (1/4 in.) vor und hat eine offenzellige Struktur, die als Vorratsbehälter für das Harz dient. Derartige Bahnen mit offenzelliger Struktur sollten komprimierbar, flexibel und von dem flüssigen Harz leicht benetzbar sein und eine Struktur aus miteinander verbundenen offenen Zellen aufweisen, damit das flüssige Harz im wesentlichen unbehindert durch die Bahn hindurchlaufen kann. Das Material, aus dem der Schwammstoffträger bzw. die Schwammstoffbahn sich zusammensetzt, sollte so gewählt sein, daß es nicht mit dem wärmehärtenden Harz reagiert, mit dem die Bahn getränkt werden soll. In der bevorzugten Durchführung der vorliegenden Erfindung wird eine Schaumstoffbahn mit offenzelliger Struktur und vorzugsweise eine offenzellige elastische Polyurethanbahn eingesetzt. Polyurethane des Polyester- oder Polyäthertyps können eingesetzt werden; insbesondere sind Polyäther-Polyurethane leicht verfügbar. Anstelle eines offenzelligen Polyurethanschaums kann man auch Grobgewebe oder Glasfaserbahnen verwenden, desgl. andere offenzellige Elastomere wie Schwammgummi oder -latex, Celluloseschaum oder dergl. Die Erfindung soll im Folgenden hauptsächlich an einer offenzelligen elastischen Polyurethan-Schaumstoffbahn zur Aufnahme des Klebeharzes beschrieben werden.

Bevor man die offenzellige Polyurethanschaumstoffbahn 10 unter der Freilaufrolle hindurchführt, besprüht oder bespritzt man die Unterseite der Bahn aus der Ausgabevorrichtung 18 mit einem flüssigen wärmehärtenden Klebeharz. Die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeigneten wärmehärtenden flüssigen Harze sind bei Raum- bzw. Umgebungstemperatur (etwa 20°C) härtbar. Diese sind u.a. bspw. flüssige Polyurethan-, Polyester- und Epoxyharze. Auch flüssige Melamin- und Silikonharze lassen sich einsetzen. Die wärmehärtenden Harze gehen in den gehärteten Zustand durch einen Vernetzungsvorgang über, der gewöhnlich durch Zugabe eines geeigneten Mittels hervorgerufen wird, das ein Härten bei Raum- bzw. Umgebungstemperatur bewirkt, und zwar mit oder ohne Zugabe von Härtekatalysatoren oder -beschleunigern zum Harz. Geeignete Härtemittel für die obengenannten Harze sind dem Fachmann bekannt. Polyurethanharzkleber bilden sich durch Reaktion eines Polyols mit einem Isocyanat wie Diphenylmethan-4,4´-diisocyanat, wie bspw. in "Polyurethane" von B.A.Dombrow, Reinhold, 1957, Kap. 7, offenbart. Von den Epoxyharzen sind besonders bevorzugt die flüssigen Glycidylpolyäther von Polywasserstoffphenolen wie Diglycidyläther von Bisphenol A aus der Reaktion von Epichlorhydrin mit Bisphenol A in Gegenwart eine Ätzmittels ("caustic"). Die bevorzugten Polyester sind die ungesättigten Polyester, die für die Verwendung in der Technik der Herstellung von Schichtgebilden bekannt sind.

Die geeigneten Härtemittel zum Härten bei Umgebungstemperaturen für die flüssigen Polyurethane sind nichtchlorierte Amine. Für die Epoxyharze sind geeignete Härtemittel aliphatische Amine, insbesondere aliphatische Polyamine, oder Polyamide; für Polyester wird bspw. Methyläthylketonperoxid verwendet. Geeignete Härtemittel für Epoxy- und Polyesterharze sind der Fachwelt bekannt - vergl. bspw. die Kapitel 5 - 12 des "Handbook of Epoxy Resins" von Lee und Nevelle, McGraw-Hill, Inc., 1967 hinsichtlich der Härtemittel und -mechanismen für Epoxyharze, sowie das Kapitel 6 in Rineholt Plastic Application Series, Polyester Resins, Lawrence, Rinehold Publishing Corp., 1967, zu den Härtemitteln und -mechanismen für Polyesterharze.

Nach dem Bespritzen ihrer Unterseite mit flüssigem Harzkleber und dem Durchlaufen unter der Rolle 14 wird die Polyurethanbahn auch auf der Oberseite mit dem gleichen flüssigen Kleber aus der Ausgabevorrichtung 20 bespitzt. Die so behandelte Bahn läuft dann auf dem Förderer 16 entlang und unter einer Folge von Quetschrollen 24 hindurch, von denen hier vier gezeigt sind. Die Rollen 24 weisen auf der Oberfläche eine offene Gitter- bzw. Rippenstruktur auf, wie bei 25 gezeigt, und drücken das flüssige Harz in die elastische Bahn 10 in einer Folge von Auf- und Abbewegungen ein, so daß die elastische Bahn 10 örtlich komprimiert und entlastet wird und das Harz dabei in die Bahn 10 aufgenommen wird. Diese Rollen erlauben jedoch keine wesentliche Bewegung des Harzes seitlich aus den Auftragsbereichen des Harzes auf der Bahn 10 heraus, verhindern örtliche Ansammlungen des Harzes und ge- währleisten, daß die Bahn 10 das Harz gleichmäßig in sich aufnimmt. Die Menge des flüssigen Harzes, die auf die Schaumstoffbahn aufgetragen und in sie eingebracht wird, ist derart gewählt, daß die Bahn nicht vollständig getränkt wird, d.h. daß nicht alle Schaumstoffzellen mit Harz gefüllt werden und in der Schaumstoffbahn eine wesentliche Anzahl offener Zellen insbesondere in deren Mittelbereich verbleibt.

Der Schwammstoffträger bzw. die Polyurethanschaumstoffbahn 12 wird mit dem flüssigen Harzsystem bei Raumtemperatur getränkt und läuft sofort, d.h. innerhalb weniger Sekunden, über die Rollen 26 in eine Schnellkühlkammer
<NichtLesbar>
hin und durch sie hindurch, in der die harzgetränkte Bahn (nur mit 10´ bezeichnet) auf eine so niedrige Temperatur abgekühlt wird, daß die Polymerisation bzw. Härtung des Harzes angehalten und im Wesentlichen verhindert wird. Dieses Abkühlen kann im Fall eines flüssigen wärmehärtenden Polyurethanharzes auf eine Temperatur von bspw. etwa +4°C (40°F) erfolgen. Die das gekühlte enthaltende resultierende Bahn wird dann auf eine Rolle 30 in einem Kaltlagerbehälter 32 aufgewickelt, in dem die Rolle 30 aus mit gekühltem Harz getränkter Bahn 10´ gelagert und in diesem Zustand gehalten wird, bis sie für den Einsatz am Einsatzort benötigt wird.

Es wurde also ein kontinuierliches Verfahren zum Auftragen und Tränken eines flüssigen Harzsystems in die Polyurethanschaumbahn, Führen der harzgetränkten Bahn durch eine Kühlkammer und Auf- wickeln der Bahn zu einer Rolle zur Lagerung angegeben. Als Ergebnis des sofortigen Abkühlens und der Kaltlagerung der harzgetränkten Bahn erfolgt kein "B-staging" des Harzklebers und das Harz befindet sich während des Kühlens und der Kaltlagerung der harzgetränkten Bahn im wesentlichen in seiner anfänglichen nicht umgesetzten Form. Die resultierende gekühlte harzgetränkte Bahn läßt sich bspw. bis zu zwei Tagen bei +4°C (40°F) lagern, aber auch bei erheblich niedrigeren Temperaturen über längere Zeiträume wie bspw. vier Wochen bei -18°C (0°F).

Die Menge des in die offenzellige Polyurethanschaumbahn 10 eingebrachten flüssigen Harzklebers wird so eingestellt, daß man Gegenstände Verkleben kann, ohne daß während des Verklebevorgangs überschüssiges Harz ausgedrückt wird und ohne daß versucht wird, die zu verklebenden Gegenstände selbst zu tränken. Wie bereits erwähnt, wird der Schwammstoffträger bzw. die Schaumstoffbahn 10 nur teilweise mit dem Harz getränkt. Die Menge des auf die Schaumstoffbahn aufgetragenen flüssigen Harzes wird eingestellt, indem man mit geeigneten herkömmlichen Dosiereinrichtungen in den Ausgabevorrichtungen 18, 20 das flüssige Harz relativ zu der Durchlaufgeschwindigkeit der Schaumstoffbahn auf dem Förderer 16 dosiert. Es hat sich herausgestellt, daß die Menge des flüssigen Klebeharzes, mit der der Schwammstoffträger - bzw. die Polyurethanschaumstoffbahn - getränkt wird, im allgemeinen von der Art der zu verklebenden Gegenstände abhängt, insbesondere um eine feste Verbindung bei kryogenischen Temperaturen zu erreichen. Bspw. zum Verkleben von faserverstärkten Polyurethanschaumblöcken mit Sperrholz ist eine dünnere Klebelinie und damit eine geringere Menge Klebeharz pro Flächeneinheit erforderlich als zum Verkleben von faserverstärktem Polyurethanschaumblöcken mit Metallen wie denen von Schiffsrümpfen, da Stahl-Schiffsrümpfe gewöhnlich Oberflächenunregelmäßigkeiten wie Schweißnähte und Plattenstufen aufweisen, die von der Klebelinie aufgenommen werden müssen.

Wenn für eine Verklebung nach der vorliegenden Erfindung zu verwenden, wird ein mit dem ungehärteten Harz getränkter Teil der gekühlten Bahn 10´ auf die zum Auftragen auf die Oberfläche der zu verklebenden Gegenstände (bspw. Blöcke aus faserverstärktem Polyurethanschaumstoff miteinander oder derartige Blöcke mit bspw. Sperrholz- oder Stahlflächen wie bspw. dem Rumpf eines Schiffes) erforderliche Größe bzw. Gestalt zugeschnitten. Hat man die gekühlte harzgetränkte Bahn auf diese Gegenstände aufgetragen, um sie zu verkleben, wird das Tränkharz wieder flüssig, wenn die Temperatur der Bahn der Umgebungstemperatur sich nähert und sie erreicht, wobei dann mit oder ohne Druck das Harz bei der Umgebungstemperatur härten kann und sich eine feste, im wesentlichen starre Harzbindung zwischen den aneinandergrenzenden Oberflächen bildet. Während des Verklebevorgangs, bei dem ein mäßiger Druck in der Größenordnung von etwa 0,7 bis 0,84 kg/cm[hoch]2 (10 - 12 psi) aufgebracht werden kann, unter dem die harzgetränkte

Schaumstoffbahn von einer Dicke von bspw. etwa 6,35 mm (1/4 in.) auf bis zu etwa 0,38 mm (0,015 in.) komprimiert werden kann, tritt im wesentlichen kein Harz aus der Bahn aus, da die Bahn nur teilweise mit Harz getränkt ist. Die nach dem Härten entstandene Bindung besteht im wesentlichen aus festem Harz, wobei der Schaumstoffträger nur etwa 3 - 4 Gew.-% der Bindung bzw. Klebelinie ausmacht. Die Harzklebelinie kann in ihren physikalischen Eigenschaften unterschiedlich sein, und zwar abhängig vom Wesen des Harzes. Wo das bevorzugte Polyurethanharz eingesetzt wird, liegt die gehärtete Harz-Klebelinie in der Art eines harten Gummis vor; bei einem Epoxyharz erhält man eine härtere und starrere Klebelinie.

Das Erfindungskonzept des Einsatzes eines gekühlten harzgetränkten Schwammstoffträgers bzw. einer offenzelligen Polyurethanschaumbahn 10´ ist besonders ausgelegt auf die Eignung zum Verkleben von Blöcken aus Schaumisolierstoff miteinander oder mit Oberflächen wie aus Sperrholz und Metall in großen Seetankschiffen für verflüssigtes Erdgas. Wie in Fig. 2 dargestellt, wird dabei die gekühlte harzgetränkte Bahn 10´ zu der erforderlichen Größe zugeschnitten und zwischen Blöcke 34 aus faserverstärkter Schaumisolierung gelegt, um diese zu verkleben. Die Polyurethanschaumblöcke 34 bestehen aus einer Matrix aus einem geschlossenzelligem Polyurethanschaumkörper 36, in den die X-, Y- und Z-Verstärkungsfäden 38, 40 bzw. 42 in der Längs-, Quer- bzw. Tiefenrichtung eingelagert sind. Die Enden dieser Fäden liegen offen und sind vorzugsweise getuftet, um das Verkleben der verstärkten Polyurethanblöcke miteinander und mit anderen Bauelementen zu erleichtern, wie oben erläutert. Bei den Fäden handelt es sich vorzugsweise um Glasverstärkungsfäden. Derartige Blöcke bezeichnet man auch als 3D-(3-dimensional verstärkte) Schaumblöcke.

Wenn die gekühlte harzgetränkte Polyurethanschaumbahn 10´ zwischen die Isolierblöcke 34 gelegt worden ist, wird, während die Temperatur der Bahn 10´ auf die Umgebungstemperatur steigt, das Harz in der Bahn 10´ wieder flüssig und härtet dann in kurzer Zeit, so daß die Polyurethanblöcke 34 über die resultierende Klebelinie bei 10a miteinander verbunden werden. Eine hochfeste Bindung zwischen den Polyurethanblöcken 34 entsteht insbesondere durch die Fäden 42, die aus der Oberfläche der Isolierblöcke hinaus vorstehen. Beim Verkleben kann man einen geringen Kontaktdruck zwischen den Blöcken oder einen leichten Saugsackdruck ("vacuum bag pressure") in der Größenordnung von etwa 0,7 bis 0,85 kg cm[hoch]2 (10 - 12 psi) aufbringen.

Wie bereits erwähnt, wirkt nach der vorliegenden Erfindung die offenzellige Schaumbahn 10 als Träger für das Klebeharz, das seinerseits die Bindung der angrenzenden Oberflächen der Polyurethanschaumblöcke 34 darstellt. Nach dem Härten ist die Trägerbahn 10 Teil der resultierenden Klebelinie (bei 10a) zwischen den Blöcken 34 geworden; in der Praxis ist jedoch nach dem Aus- härten des Harzes zu der Klebelinie die Trägerbahn 10 kaum noch wahrnehmbar und stellt einen nur sehr geringen Teil - bspw. etwa 3,5 % - des Gesamtgewichts der Klebelinie 10a dar. Die Menge des flüssigen Harzes, mit dem die Schaumstoffträger bzw. die offenzellige Polyurethanbahn 10 getränkt ist, reicht gerade aus, daß beim vorliegen des geringen Kontaktdrucks bis zu etwa 0,7 bis 0,84kg/cm[hoch]2 (10 - 12 psi) zwischen den zu verklebenden Gegenständen kein überschüssiges Harz aus der Bahn 10´ in die Schaumstoffblöcke 34 aus der geschlossenzelligem Polyuretanschaum ausgedrückt wird.

Die Fig. 3 der Zeichnung zeigt nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung den Schwammstoffträger bzw. die harzgetränkte Polyurethanschaumbahn 10´ zum Verkleben von Blöcken aus geschlossenzelligem 3D-Polyurethanschaum 34 mit Sperrholzplatten 44. In der Ausführungsform der Fig. 4 dient die harzgetränkte Polyurethanschaumbahn 10´ zum Aufkleben von Blöcken aus 3D-Schaumstoffisolierung 34 auf Stahlplatten 46 bspw. des Rumpfes eines Tankschiffs für verflüssigtes Erdgas. In den beiden Ausführungsformen der Fig. 3 und 4 wird zum Verkleben der 3D-Schaumstoffblöcke 34 mit den Sperrholzplatten 44 und den Stahlplatten 46 der gleiche Verfahrensgang eingesetzt, wie er oben bezüglich der Ausführungsform nach der Fig. 2 beschrieben worden ist.

Wie die Fig. 5 der Zeichnung zeigt, wird nun zum Aufkleben der 3D-Polyurethanisolierungsblöcke oder -platten 34 auf die Stahl-

Innenfläche des Laderaums eines Flüssiggastankers die Rolle 33 aus der gekühlten harzgetränkten Bahn 10´ direkt zum Arbeitsbereich im Laderaum 50 des Tankschiffs gebracht. Hier können dann Arbeiter auf einem Gerüst 52 die Rolle 33 aus gekühltem harzgetränktem Bahnmaterial abrollen und die abgerollte gekühlte harzgetränkte Bahn 10 mit geeigneten Mitteln (nicht gezeigt) wie bspw. Spangen an der vertikalen Innenfläche 54 des Schiffsrumpfes vorläufig festlegen. Die Bahn 10´ wird unmittelbar über der höchsten Lage aus 3D-Polyurethanblöcken 34 abgerollt, die nach der vorliegenden Erfindung vorher auf die Innenfläche 54 des Schiffsrumpfes aufgebracht worden war. Eine weitere Rolle 33´ aus gekühlter harzgetränkter Bahn 10´ der gewünschten Breite wird dann abgerollt und auf die Oberkante 56 der höchstliegenden Reihe aus 3D-Schaumblöcken 34 aufgetragen, die zuvor mit der Wand 54 des Schiffsrumpfes verklebt worden war, wie bei 10´a in Fig. 6 gezeigt.

Sobald nun die gekühlten harzgetränkten Bahnen 10´, 10´a aufgetragen worden sind, wie oben erläutert, werden - vergl. Fig. 6 - 3D-Isolierblöcke 34 aus Polyurethanschaumstoff entsprechend den Blöcken 34 von den Arbeitern hochkant auf die Bahn 10´a aus harzgetränktem Schaumstoff auf die Oberkante 56 der zuvor aufgebrachten Schaumstoffblöcke 34 und vertikal gegen die Bahn 10´ aus harzgetränktem Schaumstoff gelegt, die an der Innenwand des Schiffsladeraums festgelegt wurde. Die Schaumstoffblöcke 34´ werden mit Kontaktdruck oder leichtem Saugsackdruck von etwa

0,7 kg/cm[hoch]2 (10 psi) auf den harzgetränkten Bahnen 10´, 10´a ausreichend lange gehalten, daß die gekühlten harzgetränkten Bahnen 10´, 10´a die Raumtemperatur erreichen und das in diesen Bahnen enthaltene Harz sich verflüssigen und etwa bei Raumtemperatur härten kann, so daß die Schaumstoffblöcke 34´ sicher mit der Oberkante 56 der unteren Reihe aus Schaumisolierblöcken 34 und der Innenfläche 54 des Schiffsrumpfes verkleben.

Auf die oben beschriebene Weise bringt man zusätzliche vertikale Reihen aus Isolierblöcken aus 3D-verstärktem Polyurethanschaum auf den Schiffsrumpf auf, um dessen Innenfläche vollständig mit 3D-verstärktem Polyurethanschaumstoff einzudecken und zu isolieren.

Wie bereits erwähnt, ist die eingesetzte Klebeharzmenge je nach der Art der zu verklebenden Gegenstände unterschiedlich. Um 3D-verstärkte Polyurethanschaumflächen zu verkleben und eine feste Bindung bei kryogenischen Temperaturen zu erreichen, ist eine Klebelinie einer Dicke von 2,54 mm (0,1 in.) bevorzugt, zu der man 300 g flüssiges Klebeharz pro Quadratfuß Fläche (3,23 kg/m[hoch]2) aufträgt. Zum Verbinden von 3D-verstärktem Polyurethanschaumstoff mit Sperrholz ist eine Klebelinie von 0,38 mm (0,015 in.) bevorzugt, zu der man nur 45 g flüssiges Klebeharz pro Quadratfuß (484 g m[hoch]2) ansetzt. Werden 3D-verstärkte Polyurethanschaumblöcke auf Stahl geklebt, ist eine 1,27 mm (0,050 in.) dicke Klebelinie bevorzugt mit 150 g flüssigem Harz pro Quadratfuß (1,61 kg/m[hoch]2).

Wie einzusehen ist, lassen sich zusätzlich zu den in den Ausführungsformen nach Fig. 2 bis 4 dargestellten auch andere Gegenstände nach der vorliegenden Erfindung verkleben. So kann man bspw. Holzgegenstände oder Stahlgegenstände nach dem Erfindungsprinzip und -verfahren miteinander verkleben.

Obgleich weiterhin das oben beschriebene Verfahren und in Fig. 1 gezeigte Verfahren das Auftragen des flüssigen Klebers auf die beiden Seiten der offenzelligen Polyurethanschaumbahn 10 durch Sprühen oder Spritzen zeigt, kann man ihn auch aufbringen, indem man die Bahn 10 in das Harz taucht oder auf andere geeignete Weise die Bahn mit dem Harz tränkt.

Man trägt also nach der vorliegenden Erfindung den flüssigen Kleber in einer kontrollierten Menge pro Flächeneinheit der Klebefläche auf die offenzellige elastische Schaumstoffbahn auf und drückt dann den Kleber in den elastischen Schaumstoff ein, um eine gleichmäßige Dicke der Klebelinie zu erhalten, wie sie für das Verkleben der kryogenischen Isolierung erforderlich ist. Die Nutzungsdauer des bei Raumtemperatur härtenden katalysierten Klebers in der flexiblen Schaumstoffbahn wird von dem oben angegebenen Kühlschritt verlängert; man kann die gekühlte Bahn auf die zu verklebenden Oberflächen auftragen, wenn es erforderlich ist; das Verkleben erfolgt dann im wesentlichen, während die Temperatur der gekühlten Bahn auf die Umgebungstemperatur ansteigt. Im allgemeinen sollte die Dicke des Schwammstoffträgers bzw. der flexiblen offenzelligen Schaumstoffschicht, die mit dem Harz getränkt ist, 6,3 mm (0,25 in.) nicht übersteigen, um den Kühlschritt zu erleichtern.

Aus der obigen Darstellung ist ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung ein verhältnismäßig einfaches und wirkungsvolles Verfahren zum Verkleben der Oberflächen von Gegenständen und insbesondere zum Aushärten bei Umgebungstemperaturen schafft, wie es für das Verkleben der Schaumstoffisolierung in großen Flüssiggastankern wesentlich ist. Dies läßt sich sehr leicht und mit minimalen Kosten, Arbeitsaufwand und ohne die für die Anwendung von Flüssigharzkleber typischen Reinigungsschwierigkeiten erreichen, indem man eine flexible Trägerbahn aus offenzelligem Schaumstoff mit einer kontrollierten Menge eines flüssigen, bei Umgebungstemperaturen wärmehärtenden Harzsystems tränkt, den so getränkten Träger in einigen Sekunde abkühlt und dann zum Einsatz die gekühlte harzgetränkte Schaumträgerbahn - zu der gewünschten Größe und Gestalt zugeschnitten - zwischen Gegenständen wie Blöcke aus Polyurethanschaumisolierung oder zwischen Blöcke aus Polyurethanschaumisolierung und den Rumpf eines Flüssiggastankers mit oder ohne Druck legt, den beim Erreichen der Raumtemperatur flüssigen Kleber härten und so die aneinandergrenzenden Flächen der Gegenstände verkleben läßt, wobei weder ein wesentlicher Druck aufgebracht werden muß noch überschüssiger Kleber austritt und man eine besonders bei kryogenischen Temperaturen hochfeste

Verklebung erhält, bei der der Schwammstoffträger bzw. die Schaumstoffbahn ein einheitlicher Bestandteil der resultierenden Klebeschicht wird.

Claims (19)

1. Verklebeverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Schwammstoffträger mit einer vorbestimmten Menge eines flüssigen polymerisierbaren Harzsystems tränkt, das bei Umgebungstemperaturen härtet, die Temperatur des harzgetränkten Schwammstoffträgers schnell und tief genug absenkt, um das Härten des Harzsystems aufzuhalten, den harzgetränkten Schwammstoffträger auf der tiefen Temperatur vorhält, mindestens einen Teil des harzgetränkten Schwammstoffträgers zwischen zu verklebende Gegenstände bringt und die Temperatur des harzgetränkten Schwammstoffträgers auf etwa die Umgebungstemperatur ansteigen läßt, so daß das Harzsystem härtet und die angrenzende Oberfläche der Gegenstände verbunden werden, ohne daß wesentliche Mengen von überschüssigem Harz aus dem harzgetränkten Schwammstoffträger ausgedrückt werden, und der das gehärtete Harz enthaltende resultierende Schwammstoffträger die Klebeschicht zwischen den verklebten Gegenständen bildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man während des Härtens des Harzsystems auf die zwischen sich den harzgetränkten Schwammstoffträger aufweisenden Gegenstände einen leichten Verklebedruck aufbringt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der leichte Verklebedruck etwa die Größenordnung von 0,7 kg/cm[hoch]2 (10 psi) hat.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den harzgetränkten Schwammstoffträger bei der reduzierten Temperatur lagert, bevor man ihn zwischen die zu verklebenden Gegenstände bringt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den harzgetränkten Schwammstoffträger auf einer reduzierten Temperatur zwischen etwa -18°C und etwa +4°C (0°F - 40°F) vorhält.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Schwammstoffträger um eine offenzellige flexible Schaumstoffbahn handelt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn aus elastischem Polyurethanschaum besteht.

8. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Harzsystem um ein aus der aus flüssigen Polyurethan-, Polyester-, Epoxy-, Melamin- und Silikonharzen bestehende Gruppe gewähltes flüssiges Harz sowie ein Härtemittel zum Härten bei Umgebungstemperaturen handelt.

9. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstände aus Kunststoff, Holz oder Metall bestehen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Gegenständen um fadenverstärkte Schaumisolierblöcke handelt, die durch die Klebeschicht hindurch mit anderen fadenverstärkten Schaumisolierblöcken oder mit Sperrholz oder Stahl verklebt werden.

11. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Klebeschicht etwa 0,38 mm (0,005 in.) bis etwa 5 mm (0,2 in.) beträgt.

12. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man zum Tränken das Harzsystem aufspritzt oder in es eintaucht.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß man den Schwammstoffträger tränkt, indem man ihn mit dem flüssigen Harzsystem bespritzt und auf Rollen einwirken läßt, um das flüssige Harzsystem gleichmäßig in ihm zu verteilen.

14. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man den Schwammstoffträger mit dem Harz teilweise tränkt.

15. Verfahren zur Herstellung eines klebergetränkten Trägers zur Verwendung in einem Klebeverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß man die beiden Seiten einer offenzelligen elastischen Polyurethanschaumbahn durchgehend mit einer vorbestimmten Menge eines flüssigen wärmehärtenden Harzes tränkt, das bei Umgebungstemperaturen härten kann, ein Härtemittel zum Härten bei Umgebungstemperaturen enthält, und aus der aus Polyurethan-, Polyester- und Epoxyharzen bestehenden Gruppe gewählt ist, kontinuierlich eine Oberfläche der so behandelten Schaumstoffbahn mit einer Folge von Rollen berührt, um die Polyurethanschaumstoffbahn mit dem flüssigen Harz zu imprägnieren, die resultierende harzgetränkte Schaumstoffbahn kontinuierlich schnell durch eine Kühlkammer laufen läßt, um sie schnell abzukühlen und so ein Härten des Harzes zu verhindern, und die harzgetränkte Schaumstoffbahn in einem Kaltlagerbehälter bei ausreichend niedriger Temperatur vorhält, um ein Härten des Harzes während der Lagerung zu verhindern, und daß man schließlich zur Anwendung einen Teil der harzgetränkten Schaumstoffbahn zwischen die Oberflächen von zu verklebenden Gegenständen bringt und die Temperatur der harzgetränkten

Schaumstoffbahn auf etwa die Umgebungstemperatur ansteigen läßt, so daß das Harz in der Schaumstoffbahn in den flüssigen Zustand zurückkehrt, bei der Umgebungstemperatur härtet und so die Gegenstände durch die von der das gehärtete Harz enthaltende Schaumstoffbahn gebildete Kleberschicht hindurch verbunden werden, ohne daß überschüssige Harz in wesentlicher Menge aus der Schaumstoffbahn ausgedrückt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Rollen um solche mit offener Gitter- bzw. Rippenoberfläche handelt, die keine wesentliche seitliche Bewegung des Harzes aus den Aufträgen auf der Bahn erlauben.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß man das flüssige Harz in einer solchen Menge aufträgt, daß es die Schaumstoffschicht nur teilweise tränkt und eine erhebliche Anzahl offener Zellen in der Schaumstoffbahn verbleibt, und daß man die harzgetränkte Schaumstoffbahn anfänglich auf eine Temperatur im Bereich von etwa -18°C bis etwa +4°C (0°F bis 40°F) abkühlt und während der Lagerung auf dieser vorhält.

18. Verfahren nach Anspruch 1, 5, 16 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem flüssigen Harz um ein flüssiges Polyurethanharz handelt.

19. Verfahren nach Anspruch 15, 16, 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß man zum Aufspritzen des flüssigen Harzes zunächst die Unterseite und dann die Oberseite der Schaumstoffbahn kontinuierlich mit dem flüssigen Harz bespritzt und dann die Schaumstoffbahn über einen Förderer laufen läßt, wobei die Rollen mit leichtem Druck die Oberseite der Schaumstoffbahn berühren, um die Schaumstoffbahn mit dem flüssigen Harz zu tränken.