DE3807874A1 - Verbundplatte und ihre verwendung - Google Patents

Verbundplatte und ihre verwendung

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Description

Die Erfindung betrifft eine warmformbare, starre Verbund­ platte, die eine in Kunstharz eingebettete, verstärkende Ein­ lage und gegebenenfalls auf mindestens einer Seite eine deko­ rative Deckschicht aufweist, sowie ihre Verwendung zur Her­ stellung von Formteilen.
Verbundplatten mit in Kunstharz eingebetteten, verstärkenden Einlagen sind seit langem bekannt. Bei den verstärkenden Ein­ lagen handelt es sich meist um netz- oder gitterförmige Flä­ chengebilde aus Textilfasern, Glasfasern oder Metall. Diese Platten sind für viele Zwecke zu schwer, gleichzeitig aber zuwenig druck- und biegefest.
Um möglichst hohe Festigkeiten bei gleichzeitig möglichst geringem spezifischem Gewicht zu erreichen, wurden bereits Sandwichplatten oder "Leichtkernverbundplatten" vorgeschlagen, die aus zwei relativ dünnen äußeren Deckschichten und einem wabenähnlich geformten, aber im wesentlichen hohlen Kern bestehen. Solche Sandwichplatten sind beispielsweise aus der EP-A-01 58 234 bekannt. Das Kernmaterial besteht bei diesen bekannten Sandwichplatten aus mindestens einem, durch Tief­ ziehen verformten und mit Kunstharz versehenen Flächengebilde aus Fasermaterial. Vorzugsweise wird die Verformung des Flä­ chengebildes dabei so vorgenommen, daß die Verformung in wenigstens einer Richtung senkrecht zur ursprünglichen Ebene des Flächengebildes erfolgt, wobei die Verformungen die Ge­ stalt von Näpfchen, Stegen oder dergleichen aufweisen, die jeweils eine neue Ebene besitzen, die parallel zur ursprüng­ lichen Ebene des Flächengebildes verläuft.
Diese Sandwichplatten sind zwar sehr leicht, und die Deck­ schichten lassen sich sehr fest mit dem Kernmaterial verbin­ den, aber die Platten besitzen nur eine begrenzte Biegefe­ stigkeit. Insbesondere bei Knickbeanspruchung können die Näpfchen oder sonstigen Verformungen des Kernmaterials leicht zusammenbrechen. Um dies zu verhindern, müßten relativ starke äußere Deckschichten aufgebracht werden, die aber wieder den Vorteil des geringen spezifischen Gewichts der Sandwichplat­ ten zunichte machen würden. Ein weiterer Nachteil der bekann­ ten Sandwichplatten besteht darin, daß sich dünne flexible Deckschichten, beispielsweise in Form von Kunststoffolien, nicht auf die als Kernmaterial verwendete Strukturwabe auf­ bringen lassen, ohne daß sich die Näpfchenstruktur auf den Oberflächen der fertigen Platte abzeichnet. Deshalb ist es nicht möglich, auf diesem Wege glatte, hochglänzende oder sonstige dekorative dünne Deckschichten mit dem Kernmaterial zu laminieren. Auch der Verformbarkeit der Sandwichplatten durch Heißpressen sind dadurch enge Grenzen gesetzt.
Um eine hohe Druckfestigkeit der Sandwichplatten zu erreichen, müssen relativ starke Substrate als Basismaterial zur Herstel­ lung der Strukturwaben eingesetzt werden. Dadurch ergibt sich wiederum ein ungünstiges Verhältnis zwischen dem Gewicht der Substrate und der Harzimprägnierung, was wiederum zur Erhöhung des spezifischen Gewichts der Platten führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbundplatte zu schaffen, die gegenüber den bekannten Sandwichplatten bei vergleichbar niedrigem spezifischem Gewicht verbesserte Druck-, Biege- und Knickfestigkeiten aufweist und die sich mühelos ohne Zerstörung ihres strukturellen Aufbaus warm­ formen läßt. Diese Aufgabe wird bei einer Verbundplatte der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einlage eine mit einer Vielzahl regelmäßig angeord­ neter Durchbrechungen versehene Strukturwabe ist und in eine Matrix aus geschäumtem Kunstharz eingebettet ist.
Durch die Einbettung der als Einlage verwendeten Strukturwabe in eine Schaummatrix wird der Verbund stabilisiert, ohne daß sich das spezifische Gewicht merklich erhöht. Die Stabilisie­ rung führt zu erheblich verbesserten Druck-, Biege- und Knickfestigkeiten. Die Tatsache, daß die Strukturwabe mit einer Vielzahl regelmäßig angeordneter Durchbrechungen verse­ hen ist, bewirkt eine intensive Durchdringung aller Hohlräume der Strukturwabe mit dem ausschäumenden Kunstharz und damit eine zusätzliche Stabilisierung in allen drei Raumrichtungen.
Umgekehrt werden die in unverstärktem Zustand sehr bruchan­ fälligen Schaumsysteme durch die Eigenstabilität der verwen­ deten Strukturwabe derart verstärkt, daß auch bei relativ dünnen und großen Flächen eine hohe Stabilität erreicht wird, die weder von unverstärkten Schaummaterialien noch von mit unverformten Einlagen versehenen Schaummaterialien erreicht werden kann.
Mit der Erfindung werden somit flächenstabile Verbundplatten mit hoher Festigkeit und geringem Eigengewicht bereitgestellt, die zur Herstellung von Formteilen hervorragend geeignet sind, insbesondere auch zur Herstellung großer freitragender Form­ körper wie z.B. von Fertighimmeln für Kraftfahrzeuge. Die glatten geschlossenen Oberflächen der erfindungsgemäßen Ver­ bundplatte gestatten außerdem eine Laminierung mit leichten und dünnen Flächengebilden aus textilem Material, Kunststoff oder Metall als Dekorflächen, ohne daß sich die Näpfchen oder sonstigen Verformungen der als Einlage verwendeten Strukturwabe an der Oberfläche abzeichnen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbundplatte besteht die Strukturwabe aus einem warmgeform­ ten, mit Kunstharz imprägnierten, textilen Flächengebilde, vorzugsweise aus einem textilen Flächengebilde, das vor der Imprägnierung eine Reißdehnung von mehr als 150% aufweist. Hierdurch ergibt sich eine besonders hohe Verformbarkeit der erfindungsgemäßen Verbundplatte bei gleichzeitig optimalem Kompromiß zwischen geringem spezifischem Gewicht und hohen Druck-, Biege- und Knickfestigkeiten.
Vorteilhaft besteht das textile Flächengebilde aus unbrenn­ baren oder schwer entflammbar ausgerüsteten Fasern, Filamen­ ten oder Garnen, wenn die Verbundplatte insgesamt flammhem­ mend ausgerüstet werden soll.
Als textile Flächengebilde eignen sich zur Herstellung der erfindungsgemäß als Einlage verwendeten Strukturwabe leichte, hochdehnfähige Gewirke, Gestricke und Vliese, aber auch elas­ tische Gewebe aus Textilfasern oder Glasfasern, einschließ­ lich der unbrennbaren Kohlenstoff- und Aramidfasern.
Vorzugsweise besteht die Strukturwabe aus einem warmgeformten, mit einem Kondensationsharz imprägnierten, textilen Flächen­ gebilde. Als Kondensationsharze werden vor allem Phenol- Formaldehyd-Harze, Harnstoff-Formaldehyd-Harze und Melamin- Formaldehyd-Harze sowie Alkydharze verwendet.
Bei den erfindungsgemäßen Verbundplatten ist die Strukturwabe vorzugsweise in eine Schaummatrix aus thermoplastischen und/oder duroplastischen Kunstharzen eingebettet, wobei eine Matrix aus geschäumtem Polyurethan besonders bevorzugt ist.
Die mindestens einseitig aufgebrachte dekorative Deckschicht besteht bei der erfindungsgemäßen Verbundplatte vorzugsweise aus einer gegebenenfalls geprägten Kunststoff- oder Metall­ folie. Die als Deckschicht verwendete Folie kann auch ihrer­ seits eine Verbundfolie oder eine Integralschaumfolie sein. Ferner kann als Deckschicht ein Kunstleder oder ein Textil­ verbundstoff verwendet werden.
Anstelle einer besonderen dekorativen Deckschicht kann aber auch die Oberfläche der Schaummatrix ein- oder beidseitig bedruckt und/oder geprägt sein.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfin­ dung ist die dekorative Deckschicht eine insbesondere für Infrarot- und ultraviolette Strahlung sowie für sichtbares Licht reflektierende, gegebenenfalls hochglänzende Schicht aus Kunststoff und/oder Metall, beispielsweise in Form einer Aluminiumfolie.
Wenn die erfindungsgemäße Verbundplatte flammhemmend ausge­ rüstet sein soll, wird in die Schaummatrix ein Flammschutz­ mittel eingearbeitet, vorzugsweise ein mikroverkapseltes Ammoniumpolyphosphat.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Verbundplatte antistatisch ausgerüstet, beispielsweise durch Einarbeitung von Metallteilchen oder sonstigen leitfähigen Teilchen oder durch Verwendung von Metallfolien oder eine Metallschicht enthaltenden Kunststoffolien als dekorative Deckschichten.
Die erfindungsgemäße Verbundplatte läßt sich besonders vor­ teilhaft zur Herstellung von Formteilen verwenden, insbeson­ dere von Formteilen für die Innenauskleidung von Kraftfahr­ zeugen, Flugzeugen und Schiffen sowie zur Herstellung von Leichtbauplatten, Isolier- und Dämmplatten, Verpackungen, Behältern, Flachdachisolierungen und Möbeln. Aus den erfin­ dungsgemäßen Verbundplatten lassen sich auch Verkleidungen für Kühlschränke, Waschmaschinen, Kühlhäuser und dergleichen herstellen. Als Formteile für die Kraftfahrzeugindustrie kommen insbesondere Fertighimmel, Tür- und Seitenverkleidun­ gen, Rückenlehnen, Armaturenbretter, Spoiler, Motorhauben­ und Kofferraumauskleidungen und dergleichen in Frage.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Verbundplatte erfolgt nach an sich bekannten, kontinuierlichen oder diskontinuier­ lichen Verfahren. Beispielsweise kann die Strukturwabe, die entsprechend der EP-A-01 58 234 hergestellt werden kann, in eine Form eingelegt werden, welche geschlossen und über eine Düse mit einer Reaktionsschaummischung auf polyurethanbasis gefüllt wird. Der in situ gebildete Schaum füllt die freien Räume der Form, einschließlich der freien Räume innerhalb der Strukturwabe, aus und verankert sich in den Durchbrechungen des Substrats, aus dem die Strukturwabe hergestellt worden ist.
Bei einem kontinuierlich ablaufenden Herstellungsverfahren können beispielsweise zwei im Abstand zueinander verstellbare, umlaufende Stahlbänder verwendet werden, zwischen die die Strukturwabe symmetrisch oder asymmetrisch in bezug auf die Ebenen der Stahlbänder eingeführt wird, wobei das Schaumsystem beispielsweise über einen traversierenden Mischkopf zugeführt werden kann.
Bei der Verwendung von chemisch getriebenen Schäumen, wie z.B. von PVC-Schaum, können die Plastisole oder Dispersionen durch Tauch- oder Streicheinrichtungen bekannter Art, bei­ spielsweise durch Rakeln, aufgebracht werden. Die Ausschäu­ mung erfolgt dann bei der Gelier- bzw. Schäumtemperatur der speziellen Schaummischung.
Das Formen und Verpressen der Verbundplatte ist sowohl wäh­ rend des Schäumprozesses als auch in einem gesonderten Ar­ beitsgang möglich. Ebenso können die gegebenenfalls ein- oder beidseitig vorgesehenen dekorativen Deckschichten entweder während des Schäumprozesses oder durch nachträgliches Laminie­ ren auf die Verbundplatte aufgebracht werden. Durch Einarbei­ ten von Flammschutzmitteln können schwer brennbare bzw. schwer entflammbare Formkörper hergestellt werden.
Das verwendete Schaumsystem kann auf Basis von Polyurethan, Polyacrylat, Polymethacrylat, PVC, Polystyrol oder anderen verschäumbaren Thermoplasten oder Duromeren aufgebaut sein.
Je nach Auswahl der Substrate für die Strukturwabe, je nach Wahl der Kunstharze für die Imprägnierung dieser Substrate und je nach Wahl und Einstellung der Schaumrezeptur können in an sich bekannter Weise weiche bis harte Verbundstoffe hergestellt werden. Das spezifische Gewicht läßt sich durch die Schaumrezeptur ebenfalls in weiten Grenzen variieren. Die Stärke der Verbundstoffe kann durch entsprechende Dimensionie­ rung der Formen beim Verschäumen eingestellt werden. Die als Einlage verwendete Strukturwabe kann auch mehrlagig ausgebil­ det sein, wenn besonders hohe Festigkeiten und stärkere Ver­ bundplatten bis zu einer Dicke von etwa 10 cm erreicht bzw. hergestellt werden sollen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Beispiele weiter erläutert:
Beispiel 1
Ein elastisches Kettstuhlgewebe aus texturierten PES- Filamentgarnen mit einem Gewicht von ca. 240 g/m2 und einer Reißdehnung von 155% in Längsrichtung und 210% in Querrich­ tung wird mit einem wäßrigen, schnellfärbbaren Phenolharz mit mittlerem Kondensationsgrad imprägniert. Das imprägnierte Ge­ wirke wird bei einer Temperatur von 100-130°C, vorzugsweise 120°C, in einem Umluftofen getrocknet und kondensiert. Die Trockenzeit beträgt etwa 3-4 Minuten. Wesentlich dabei ist, daß beim Imprägnieren die Fasern gut durchtränkt werden. Es wird ein Prepreg erhalten mit einer glatten Oberfläche und einer Restfeuchte von ca. 5% und einem Gesamtgewicht von etwa 360 g/m2.
Das so erhaltene Prepreg wird in einer hydraulischen Presse bei 140°C-180°C, vorzugsweise 160°C, und einem Druck von 25-50 N/cm2, vorzugsweise 25 N/cm2, in eine Form gepreßt. Die Verweilzeit beträgt dabei 2-4 Minuten, die Verformungs­ tiefe 10 mm. Das auf diesem Wege erhaltene wabenförmige Gebil­ de wird in eine verschließbare flächige Form mit einer Höhe von 12 mm eingelegt und gleichmäßig mit 200 g/m2 einer Mi­ schung eines PUR-Zweikomponentensystems wie z.B. 1 Teil BAYDUR /2 Teile DESMODUR beschichtet. Die Form wird ver­ schlossen. Nach ca. 2 Min. haben die beiden PUR-Komponenten ausreagiert. Es entsteht ein Verbund aus PUR-Schaum mit einer Dichte von ca. 0,2 g/cm3 und der eingelagerten Strukturwabe.
Beispiel 2
Beispiel 1 wird mit der Maßgabe wiederholt, daß in die Form gleichzeitig ein Material zur ein- oder beidseitigen Aufbrin­ gung einer dekorativen Deckschicht eingelegt wird, beispiels­ weise eine bedruckte Folie, ein Kunstleder oder ein Textilma­ terial. Danach wird das Polyurethan-Zweikomponentensystem, wie in Beispiel 1 beschrieben, eingefüllt und die Form ver­ schlossen. Nach dem Ausreagieren des PUR-Systems ist die ein­ gelegte dekorative Deckschicht fest mit der PUR-Schaummatrix verbunden.
Beispiel 3
Die Beispiele 1 oder 2 werden mit der Maßgabe wiederholt, daß anstelle eines elastischen Kettstuhlgewebes ein dehnfähi­ ges Gewirke, nämlich ein PA-Single-Jersey aus texturierten PA-Fäden mit einer statischen Dehnung von 160 bis 170% und einer Reißdehnung von etwa 240% eingesetzt wird. Das Gewicht des textilen Trägers beträgt 160 g/m2.
Die Imprägnierung des textilen Materials wird mit einem Mela­ minharz durchgeführt, wobei der Harzauftrag zwischen 30 und 100% des Substratgewichtes liegt und vorzugsweise 50% beträgt. Die beharzte Matte wird ca. 2 Min. bei 120°C getrock­ net und danach bei 200°C und einem Druck von 20 N, wie in Beispiel 1 beschrieben, 30 Sekunden lang verformt. Die Höhe der Strukturwabe beträgt danach 10 mm, das Gewicht 240 g/m2. Die so erhaltene Strukturwabe wird mit einem PUR-Schaumsystem, wie in Beispiel 1 beschrieben, umschäumt.

Claims (14)

1. Warmformbare, starre Verbundplatte, die eine in Kunstharz eingebettete, verstärkende Einlage und gegebenenfalls auf min­ destens einer Seite eine dekorative Deckschicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlage eine mit einer Viel­ zahl regelmäßig angeordneter Durchbrechungen versehene Struk­ turwabe ist und in eine Matrix aus geschäumtem Kunstharz ein­ gebettet ist.
2. Verbundplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturwabe aus einem warmgeformten, mit Kunstharz imprägnierten, textilen Flächengebilde besteht.
3. Verbundplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das textile Flächengebilde vor der Imprägnierung eine Reißdehnung von mehr als 150% aufweist.
4. Verbundplatte nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das textile Flächengebilde aus unbrennbaren oder schwer entflammbar ausgerüsteten Fasern, Filamenten oder Garnen besteht.
5. Verbundplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturwabe aus einem warmgeformten, mit einem Kondensationsharz imprägnierten, textilen Flächen­ gebildet besteht.
6. Verbundplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturwabe in eine Schaummatrix aus thermoplastischen und/oder duroplastischen Kunstharzen einge­ bettet ist.
7. Verbundplatte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturwabe in eine Matrix aus geschäumtem Poly­ urethan eingebettet ist.
8. Verbundplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dekorative Deckschicht aus einer gege­ benenfalls geprägten Kunststoff- oder Metallfolie besteht.
9. Verbundplatte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dekorative Deckschicht reflektierend ist.
10. Verbundplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaummatrix ein Flammschutzmittel enthält.
11. Verbundplatte nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Flammschutzmittel ein mikroverkapseltes Ammoniumpoly­ phosphat ist.
12. Verbundplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie antistatisch ausgerüstet ist.
13. Verwendung der Verbundplatte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Herstellung von Formteilen.
14. Verwendung der Verbundplatte nach Anspruch 13 zur Her­ stellung von Formteilen für die Innenauskleidung von Kraft­ fahrzeugen, Flugzeugen und Schiffen sowie zur Herstellung von Leichtbauplatten, Isolier- und Dämmplatten, Verpackungen, Behältern, Flachdachisolierungen und Möbeln.
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