DE3905871A1 - Verbundmaterial - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft Verbundmaterial gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
Es ist bekannt, Verbundmaterial zur Wärmeisolierung und
Schwingungsdämpfung aus einem kunststoffgebundenen Fasermate
rial als Isolationsschicht herzustellen, das von zwei Hüll
schichten umgeben ist. Bei einem Hochtemperatureinsatz, z.B.
im Automobilbereich (Abgasbereich), werden jedoch zumindest
die Bindemittel des Fasermaterials zersetzt, was eine geringe
Langzeitstabilität und eine Geruchsbelästigung durch in der
Regel gesundheitsschädliche Dämpfe mit sich bringt. Kunst
stoffgebundene Fasermaterialien ohne Bindemittel bzw. mit zer
störten Bindemitteln zeigen hingegen eine schlechte Haftung
an den Hüllschichten und geringeren inneren Zusammenhalt und
werden daher leicht mechanisch zerstört.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verbundmaterial der
gattungsgemäßen Art zu schaffen, das auch bei höheren mechani
schen und thermischen Belastungen seine gute Isolationsfähig
keit ohne Zersetzung und Geruchsbelästigung beibehält.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kenn
zeichens des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das Verbundmaterial besteht aus einer Isolationsschicht und
mindestens einer strukturfesten Hüllschicht, wobei beide an
ihrer Kontaktfläche fest miteinander verklebt und z.B. durch
Heißformprägen zu einem Abschirmelement geformt sind. Die
Hüllschichten bestehen in der Regel aus strukturfesten mög
lichst wärmereflektierenden Materialien.
Das Verbundmaterial ist aufgrund seiner anorganischen Isola
tionsschichten thermisch sehr stabil, wobei durch die hohe
Porosität der anorganischen Isolationsschicht eine gute Wärme
isolierung bei ausreichender mechanischer Elastizität erreicht
wird.
Die Isolationsschicht des Verbundmaterials wird z.B. dadurch
hergestellt, daß man eine Lösung von ganz oder teilweise ge
lösten Salzen und/oder Oxiden, durch Verdampfen des Lösungs
mittels unter hoher Temperatur und/oder Unterdruck aufschäumt,
wobei der gebildete Schaum bei Raum- und Einsatztemperatur
thermisch stabil ist. Auf diese Weise läßt sich Wasserglas als
Salz der Kieselsäure zu einer Isolationsschicht herstellen.
Weiterhin lassen sich poröse anorganische Massen, beruhend auf
den bekannten Prinzipien zur Herstellung von Gasbeton und
Schaumgläsern verwenden.
Eine Möglichkeit zur Herstellung der Isolationsschicht besteht
darin, eine Suspension z.B. aus Tonmineralien, insbesondere
aus quellfähigen Mehrschicht-Tonmineralien, wie Montmorillo
nit, Kaolinit oder Bentonit, und mineralischen Bindemitteln,
wie z.B. Kalk, herzustellen, die auf eine breiähnliche Kon
sistenz gebracht und unter Aufschäumen durch Drucklufteinwir
kung ausgehärtet wird. Ebenso kann auch Gasbeton mit heraus
gebrannten Holz- oder Styroporanteilen als Isolationsschicht
eingesetzt werden.
Die Isolationsschicht ist weiterhin aus einer Glasschmelze
herstellbar, die vorzugsweise einen oxidierend und reduzierend
geschmolzenen Glasanteil, z.B. Grünglas und Braunglas, aus Alt
glas-Recycling enthält, wobei durch das Vermischen der beiden
Glasanteile eine ausgeprägte Blasenbildung stattfindet, die
durch den Einsatz von Druckluft oder reduzierenden und oxidieren
den Gasen verstärkt werden kann. Auf diese Weise läßt sich auch
bei einer normalen Glasschmelze ein Glas mit schwammartiger Kon
sistenz herstellen, das sich zur Verwendung als Isolations
schicht eignet. Eine andere Möglichkeit besteht in der Ver
wendung von Zweikomponenten-Gläsern, aus denen eine Komponen
te herausgelöst wird. Die Gläser können Treibmittel, z.B.
Kohlenstoff, enthalten, der sich bei oxidierendem Aufschmel
zen zu Kohlendioxid umsetzt und eine starke Blasenbildung
hervorruft.
Werden die z.B. durch obige Herstellverfahren gewonnenen Isola
tionsschichten mit hochfesten Graphit-, Kunststoff- oder minera
lischen Fasern versetzt, so werden die mechanischen, bei Glas
vor allem auch die elastischen Eigenschaften verbessert. Das
Verbundmaterial kann dann auch an dynamisch belasteten Stellen,
z.B. im Auspuffbereich eines Automobils eingesetzt werden.
Der Einsatz von gasabspaltenden Komponenten bei der Herstellung
der Isolationsschicht, z.B. der Einsatz von Oxidationsmittel,
kann das Aufschäumen der Isolationsschicht erleichtern. Während
die Herstellung der Isolationsschicht bei Raumtemperatur oder
bei höheren Temperaturen erfolgt, sind die abgebundenen oder
fertiggestellten Schichten bis zu Temperaturen von mehreren Hun
dert Grad (bei Gläsern) oder bis zu Temperaturen von weit über
1000°C (bei mineralischen Stoffen) temperaturstabil.
Als Hüllschicht können thermisch stabile Metallfolien verwendet
werden, die an der mit der Isolationsschicht verbundenen Seite
oxidiert werden können, um eine an die mineralische oder glas
artige Isolationsschicht adaptierte Kontaktfläche zu erhalten, die
sich z.B. durch Verkleben und/oder Heißformprägen leichter als
das reine Metall mit der meist oxidischen Isolationsschicht ver
binden läßt. Um die Verbindung zwischen Isolationsschicht und
Hüllschicht zu verbessern, können auch handelsübliche Haftver
mittler eingesetzt werden.
Der Einsatz von beispielsweise gewebeartigen Zwischenlagen in dem
Verbundmaterial gewährleistet eine hohe Elastizität und Verform
barkeit des Verbundmaterials.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beschriebenen schema
tischen Zeichnung dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 ein sandwichartig aufgebautes Verbundmaterial;
Fig. 2 ein als Mehrschichtverbund ausgebildetes Verbundma
terial;
Fig. 3 ein an einer hochbelasteten Stelle eines Abschirmteils zusätz
lich aufgebrachtes Verbundmaterial;
Fig. 4 ein in ein hochbelastetes Abschirmteil zusätzlich einge
schlossenes Verbundmaterial und
Fig. 5 ein durch eine Gewebelage verstärktes Verbundmaterial.
In Fig. 1 ist ein sandwichartiger Dreischichtverbund, bestehend
aus zwei äußeren Hüllschichten 12, 14 und einer dazwischen ange
ordneten Isolationsschicht 16 dargestellt. Als Isolationsmaterial
wird ein offenporiges oder geschlossenporiges Material für eine
gute Wärmeisolationswirkung verwendet, das mit aus Glasfasern, Kunst
stoffasern oder Graphitfasern bestehenden Fasermaterialien 17
durchsetzt sein kann. Die Hüllschichten 12, 14 sind beispielsweise aus
wärmereflektierenden Metallfolien gebildet und mit der Isolations
schicht 16 verklebt.
Fig. 2 zeigt ein als mehrschichtiges Isolationslaminat 20 ausge
bildetes Verbundmaterial mit zwei äußeren Hüllschichten 12, 14,
die alternierend angeordnete Isolationsschichten 16 und Zwischen
lagen 22 umgeben. Dieses Isolationslaminat 20 ist mechanisch sehr
stabil und innerhalb bestimmter Grenzen elastisch verformbar.
In Fig. 3 ist ein Abschirmteil 24
abgebildet, auf dessen Oberfläche 26 ein Verbundmaterial 28, be
stehend aus einer Isolationsschicht 16 und einer Hüllschicht 12
ausgebildet ist. Das Verbundmaterial 28 bewirkt hier eine par
tielle Verstärkung der Abschirmwirkung des Abschirmteils 24.
Dieses bildet mit seiner Oberfläche 26 die untere Hüllschicht
für das Verbundmaterial 28.
Fig. 4 zeigt ein herkömmliches Abschirmteil 30, bestehend aus
den äußeren Hüllelementen 32, das partiell durch das Verbund
material (12, 14, 16) eine Isolationsverstärkung erhält.
Fig. 5 zeigt ein Verbundmaterial 34, bestehend aus zwei äuße
ren Hüllschichten 12, 14 und einer Isolationsschicht 16, die in
der Art eines Sandwichverbundes angeordnet sind. In der Mitte
der Isolationsschicht 16 ist eine zu den Hüllschichten 12, 14
parallele Gewebelage 36, vorzugsweise aus Mineral-, Glas- oder
Graphitfasern, eingelegt, die dem Verbundmaterial 34 eine
hohe mechanische Stabilität und Elastizität verleiht. Der
Hauptvorteil der Gewebeeinlage liegt darin, daß sie als Träger
für die expandierbare Schicht dient und z.B. im Tauchverfah
ren eine definierte Menge expandierbaren Materials aufnimmt
und weitgehend homogen verteilt tragen kann. Die poröse Iso
lationsschicht 16 kann hydrophob präpariert werden, um das
Eindringen von Wasser, z.B. in die von den Hüllschichten 12, 14
nicht abgedeckten Bereiche zu verhindern.
Dies ist vor allem wichtig, wenn die Hüllschicht 12 zur Mate
rialeinsparung und zur Erhöhung der Elastizität Durchbrechun
gen 37 aufweist.
Claims (16)
1. Verbundmaterial
zur Wärmeisolierung und/oder Schalldämpfung, insbesondere
für Abschirmteile und Hitzeschilde, mit mindestens einer Isolations
schicht, die auf mindestens einer Seite mit einer stabi
lisierenden, strukturfesten Hüllschicht verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Isolationsschicht (16) aus einem thermisch be
ständigen, hochporösen anorganischen Material besteht.
2. Verbundmaterial nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Isolationsschicht (16) aus aufgeschäumtem, an
organischem Material besteht.
3. Verbundmaterial nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Isolationsschicht (16) aus Wasserglas besteht,
dessen Wasseranteil verdampft ist.
4. Verbundmaterial nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Isolationsschicht (16) aus aufgeschäumtem Glas
mit schwammartiger Struktur besteht.
5. Verbundmaterial nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Isolationsschicht (16) aus Gasbeton besteht.
6. Verbundmaterial nach Anspruch 1 oder 2
dadurch gekennzeichnet,
daß die Isolationsschicht (16) aus aufgeschäumtem kera
mischem oder tonmineralischem Material besteht.
7. Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Isolationsschicht (16) thermisch beständige,
armierende Fasern oder Blättchen (Glimmer oder Graphit) (17)
aufweist.
8. Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Isolationsschicht (16) geschlossen-porig ist.
9. Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Isolationsschicht (16) hydrophob präpariert ist.
10. Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hüllschicht (12) Durchbrechungen (37) zur Verbes
serung der Haftung an der Hüllschicht und zum Entweichen
der abgespaltenen Feuchtigkeit aufweist.
11. Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hüllschichten (12, 14) aus einer wärmereflektierenden
Metallfolie hergestellt sind.
12. Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hüllschicht (12) von einem abzuschirmenden und/oder
zu isolierenden Bauteil (24) gebildet ist, an bzw. auf dem
die Isolationsschicht (16) aufgebracht ist.
13. Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet
daß zur Verbesserung der Verbindung zwischen der Isola
tionsschicht (16) und der Hüllschicht (12, 14) ein Haft
vermittler vorgesehen ist.
14. Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Isolationsschicht (16) in Form eines Sandwich
verbundes von zwei Hüllschichten (12, 14) umgeben ist.
15. Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Isolationsschicht (16) parallel zur Ebene der
Hüllschicht (12, 14) mindestens eine, vorzugsweise als
Gewebelage ausgebildete Zwischenlage (36) angeordnet ist.
16. Verbundmaterial nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen den Hüllschichten (12, 14) mehrere Isolations
schichten (16) und Zwischenlagen (22) alternierend in der
Art eines mehrschichtigen Isolationslaminats (20) angeord
net sind.
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