DE602004011020T2

DE602004011020T2 - Verbundwerkstoffe

Info

Publication number: DE602004011020T2
Application number: DE602004011020T
Authority: DE
Inventors: John Edmund Warrington DOWER
Original assignee: Marine Systems Technology Ltd Winsford; MARINE SYSTEMS Tech Ltd
Current assignee: Marine Systems Technology Ltd Winsford; MARINE SYSTEMS Tech Ltd
Priority date: 2003-02-08
Filing date: 2004-02-06
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2024-02-07
Also published as: DK1592646T3; EP1592646B1; PT1592646E; GB0302966D0; WO2004069766A1; ES2299817T3; DE602004011020D1; HK1088591A1; ATE382587T1; US20120138878A1; EP1592646A1; US20050272848A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verbundmaterialien, insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf leichte Verbundmaterialien, die vorzugsweise nichtbrennbar oder feuerfest sind.
Solche Materialien können für Bauzwecke verwendet werden und sollten ausreichend dauerhaft sein und eine ausreichende Eigenfestigkeit für ihren verlangten Gebrauchszweck haben. Insbesondere sind solche Materialien dafür bestimmt, dort benutzt zu werden, wo Feuerfestigkeit wichtig ist und wo in dem Fall eines Brandes Rauch oder andere toxische Emissionen aus dem Material minimal sind.
Verbundmaterialien auf der Basis von ultraleichten anorganischen Aggregaten bieten Nichtbrennbarkeitseigenschaften, sind aber im Allgemeinen in Platten- oder Tafelform mit ausreichender Festigkeit und ausreichend geringer Masse schwierig herstellbar. Probleme ergeben sich bei dem Versuch, Leichtgewichtseigenschaften mit Festigkeit zu kombinieren. Das resultiert aus einer Eigeninstabilität, die verursacht wird, wenn Verbundmaterialien aushärten oder trocknen, die ein sehr niedriges spezifisches Gewicht haben und dabei ausreichend aktives Material zum Erzeugen der notwendigen physikalischen Eigenschaften enthalten.
Die Erfindung basiert auf dem Wunsch, die Eigenschaften der geringen Masse von den Eigenschaften der Festigkeit zu trennen, um dadurch diese beiden erwünschten Eigenschaften zu kombinieren.
Existierende Produkte wie diejenigen, die aus leichtem, expandiertem Ton- oder Lehmaggregat hergestellt sind und in der Bauindustrie verwendet werden, sind für die meisten Nichtbauzwecke zu schwer. Es wurde jedoch ein Verbundmaterial wie das in dem Dokument EP 0 971 862 beschriebene speziell für die Bauindustrie als ein thermischer und akustischer Isolator entwickelt. Dieses Produkt ist zwar stabil und hat eine geringe Masse, es ist jedoch dank der Größe der Partikeln, aus denen es hergestellt ist, und dank eines extrem geringen Gehalts an Bindemittel, das bei seiner Herstellung verwendet wird, beträchtlich porös. Obgleich es für eine gute thermische und akustische Isolation und Stabilität sorgt, hat es nur eine mäßige physikalische Festigkeit.
Das Dokument GB 2 370 870 beschreibt ein Isoliermaterial, in welchem ein teilchenförmiges Material und ein organisches Harz in einem fluidischen Zustand vorgemischt und anschließend zu einem Gebilde geformt werden.
Das Dokument US 3,562,370 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen von zellularen Körpern, in welchen wiederum Teilchenmaterial mit einem expandierenden, schäumbaren organischen oder anorganischen Material vermischt und anschließend durch die Beaufschlagung mit Wärme zu einer Platte geformt wird.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein leichtes, stabiles Verbundmaterial der genannten Art zu schaffen, aber mit verbesserten physikalischen Eigenschaften, einschließlich, wenn notwendig, seiner Feuerfestigkeit, indem, auf kontrollierte Art und Weise, ein Füllmaterial in die Zwischenräume des Verbundmaterials eingeleitet wird.
Durch die vorliegende Erfindung wird ein mit Füllstoff versetztes Verbundmaterial geschaffen, mit einer ein syntaktisches Verbundmaterial aufweisenden vorgeformten Aggregatplatte mit Partikelstruktur, die Zwischenräume zwischen ihren Partikeln aufweist und in den Zwischenräumen bis zu einer vorbestimmten Tiefe der Platte mit einem verstärkenden Füllstoff getränkt worden ist.
Außerdem wird durch die vorliegende Erfindung ein Verfahren geschaffen zum Herstellen eines mit Füllstoff versetzten Verbundmaterials, bein haltend die Schritte Bereitstellen einer ein syntaktisches Verbundmaterial aufweisenden vorgeformten Aggregatplatte mit Partikelstruktur, die Zwischenräume zwischen ihren Partikeln aufweist, und Bewirken, dass ein fluidförmiger Füllstoff bis zu einer vorbestimmten Tiefe der Platte in die Zwischenräume gesaugt wird, indem die vorgeformte Verbundplatte wenigstens mit einem Teilvakuum beaufschlagt wird.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielshalber unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 die Produktion eines mit Füllstoff versetzten Verbundmaterials nach der Erfindung vor dem Einleiten des Füllstoffes veranschaulicht,
2 die Produktion veranschaulicht, nachdem der Füllstoff eingebracht worden ist,
3 ein Beispiel eines mit Füllstoff versetzten Verbundmaterials zeigt, das gemäß der Erfindung hergestellt worden ist, und
die 4, 5 und 6 drei weitere Beispiele von mit Füllstoff versetzten Verbundmaterialien zeigen, die gemäß der Erfindung hergestellt worden sind.
Alle Ansichten, die in den Zeichnungen gezeigt sind, sind zur Erleichterung der Darstellung etwas schematisch.
Gemäß der Darstellung in 1, auf die nun Bezug genommen wird, wird ein mit Füllstoff versetztes Verbundmaterial nach der Erfindung hergestellt, in diesem Beispiel durch Einbringen einer vorgeformten Aggregatplatte aus syntaktischem Verbundmaterial, das aus verbundenen und/oder gesinterten Schaumglaspellets oder geschäumten oder expandierten Ton- oder Lehmpellets besteht, die durch ein anorganisches Bindemittel oder ein in Wärme aushärtendes Harz verbunden und zu einer Platte vorgeformt sind, in eine einfache Form 7, in die anfänglich eine Schicht fluidförmigen Füllstoffes 2 eingebracht worden ist, der als Flüssigkeit oder in Pastenform vorliegen kann. Der Füllstoff kann beispielsweise eine Mischung aus Natriumsilicat und einem Aluminiumphosphathärter sein.
Über der Platte 1 und der Form 7 wird eine Entlüftungsmembran 3 platziert, bei der es sich um ein Nadelfilzmaterial handeln kann, und dieser wird ein Vakuumbeutel 4 überlagert, an den eine Vakuumpumpe 5 angeschlossen wird, um Luft aus dem Inneren des Beutels abzusaugen.
Bei Beaufschlagung mit einem Teilvakuum, z. B. in dem Bereich von 60%, wird der fluidförmige Füllstoff 2 aufwärts in die Zwischenräume zwischen den Partikeln der Verbundmaterialplatte 1 gesaugt. Dieser Zustand ist in 2 veranschaulicht, welche den Füllstoff zeigt, der in das Innere der Platte auf ungefähr einem Drittel von der Tiefe eingedrungen ist.
Dem mit Füllstoff versetzten Verbundmaterial, das so gebildet worden ist, wird gestattet, in einem Ofen bei etwa 60°C auszuhärten, woran anschließend es aus der Form entnommen und bei einer Temperatur von beispielsweise 80°C getrocknet werden kann.
Gemäß der Darstellung in den 4 und 5 kann der Grad, bis zu welchem der Füllstoff in die Platte gesaugt wird, je nach Bedarf variiert werden. Zum Beispiel ist in 4 der Füllstoff in die beiden entgegengesetzten Seiten der Platte bis zu ungefähr demselben Ausmaß eingeleitet worden, und das ergibt eine verfestigte Oberflächenschicht auf jeder Seite der Platte, wohingegen in 5 ausreichend Füllstoff bereitgestellt worden ist zum vollständigen Durchdringen der Plattendicke.
Gemäß 6, auf die nun Bezug genommen wird, ist es möglich, eine Schicht des Füllstoffes an der Oberfläche der Platte zu halten, indem in ihr Partikel mit einer Größe vorgesehen werden, die größer ist als die Zwischenräume der Platte, so dass ein Teil des Füllstoffes die Zwischenräume tränken wird, wohingegen der übrige Teil, der die größeren Partikeln enthält, an der O berfläche bleiben wird, um so z. B. eine glatte, texturierte oder gemusterte Oberflächenschicht zu schaffen, wie sie bei 9 in 6 gezeigt ist.
3 zeigt eine Platte, die durch das in den 1 und 2 veranschaulichte Verfahren hergestellt worden ist, wobei aber in diesem Fall ein vorgeformtes Verstärkungsmaterial wie Tafeln 6 z. B. aus Metallgitter, vorhanden sind, eine zwischen zwei Schichten der nicht mit Füllstoff versetzten Verbundplatte und eine andere auf der entgegengesetzten Seite von einer der Platten. Der Füllstoff wird in diesem Beispiel eingebracht durch Überziehen der Gittertafeln mit einer Füllstoffpaste, vor dem Zusammenbau der Feinplatte und vor der Beaufschlagung mit dem Vakuum. Die Gitterplatten werden so in das Verbundmaterial integriert und in demselben verankert.
Die Anmelder haben eine Anzahl von Experimenten durchgeführt, um die Auswirkungen des Einbringens des Füllstoffes in eine Platte aus teilchenförmigem Verbundmaterial durch Aufbauen eines Vakuums, wie mit Bezug auf die 1 bis 6 beschrieben, zu ermitteln. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in den folgenden Beispielen angegeben.
Beispiel 1
Eine Platte aus gesinterten Schaumglaspellets wurde mit einer Mischung versetzt, die aus einem Natriumsilicat vermischt mit 80 Teilen pro 100 eines Aluminiumphosphathärters bestand. Der Füllstoff wurde in die Form bis zu einer Tiefe von 3 mm eingebracht und dem Vakuumverfahren unterzogen, woraufhin festgestellt wurde, dass der Füllstoff die Platte bis zu einer Tiefe von 10 mm durchdrungen hatte. Dem so gebildeten, mit Füllstoff versetzten Verbundmaterial wurde erlaubt, bei einer Temperatur von 60°C auszuhärten, und dann wurde es bei 80°C getrocknet.
Während die ursprüngliche Platte vor dem Prozess des Versetzens mit Füllstoff nicht ausreichend fest war, um eine Schraube zu halten, zeig te es sich, dass die resultierende, mit Füllstoff versetzte Platte eine Schraube empfangen und festhalten konnte.
Das Verbundmaterial und der Füllstoff wurden nach ihren Feuerfestigkeitseigenschaften ausgewählt, und wenn die mit Füllstoff versetzte Platte mit einer Propanflamme beaufschlagt wurde, glühte das Verbundmaterial hell, es erzeugte aber keine nennenswerten Verbrennungsgase. Das Material behielt seine Integrität nach dem Abkühlen.
Beispiel 2
Eine ähnliche Platte aus gesinterten Schaumglaspellets wurde mit einer wässrigen Gipsmischung versetzt, wobei der Füllstoff in die Form bis zu einer Tiefe von 3 mm eingebracht wurde, und nach dem Vakuumprozess zeigte es sich, dass er bis in eine Tiefe von 10 mm eingedrungen war. Dem mit Füllstoff versetzten Verbundmaterial wurde erlaubt, bei einer Temperatur von 40°C auszuhärten, und anschließend wurde es bei 60°C getrocknet. Wenn das mit Füllstoff versetzte Verbundmaterial mit einer Propanflamme beaufschlagt wurde, glühte es hell, erzeugte aber keine nennenswerten Verbrennungsgase, und das Material behielt seine Integrität nach dem Abkühlen.
Während die ursprüngliche Platte vor dem Prozess des Versetzens mit Füllstoff unzureichend fest war, um eine Schraube halten zu können, zeigte es sich, dass die resultierende, mit Füllstoff versetzte Platte eine Schraube empfangen und festhalten konnte.
Beispiel 3
Zwei Tafeln aus gesinterten Schaumglaspellets, jede Tafel mit einer Dicke von 23 mm, wurden in einer Form zusammengefügt, getrennt durch eine Tafel Metallgitter, wie in 3 gezeigt. Die Gesamtanordnung wurde dann unter Vakuum mit einer Silicatmischung versetzt, wie es im Beispiel 1 im Einzelnen angegeben ist. Die resultierende Platte hatte eine Dicke von 48 mm und war gänzlich mit dem Füllstoff versetzt, so dass sich eine im Wesentlichen homogene Masse in ihrem gesamten Querschnitt ergab.
Wenn das Material mit einer Propanflamme beaufschlagt wurde, glühte es hell, erzeugte aber keine nennenswerten Verbrennungsgase und behielt seine Integrität nach dem Abkühlen.
Beispiel 4
Eine Platte, die aus in Wärme aushärtendem Harz, verbunden mit geschäumten Ton- oder Lehmpellets bestand, wurde bei erhöhter Temperatur ausgehärtet und getrocknet und dann, wie zuvor, mit einem Silicatgemisch unter Vakuum imprägniert und bei erhöhter Temperatur ausgehärtet. Wenn der Verbundstoff mit einer Propanflamme beaufschlagt wurde, glühte er hell, erzeugte aber nur mäßige Verbrennungsgase. Der Verbundstoff verkohlte zwischen den Partikeln, behielt aber seine Integrität nach dem Abkühlen.
Beispiel 5
Eine Platte, die aus geschäumten Ton- oder Lehmpellets bestand, welche unter Verwendung eines anorganischen Bindemittels verbunden waren, wurde mit der gleichen Silicatmischung imprägniert und bei erhöhter Temperatur ausgehärtet. Bei Beaufschlagung mit einer Propanflamme glühte wieder der mit Füllstoff versetzte Verbundstoff hell, aber erzeugte keine nennenswerten Verbrennungsgase und behielt seine Integrität nach dem Abkühlen.
Beispiel 6
Eine Platte aus gesinterten Schaumglaspellets wurde unter Vakuum unter Verwendung eines im Handel erhältlichen, eine feste Oberfläche aufweisenden Harzsystems auf Polyesterbasis imprägniert. Das Ergebnis war eine stark mit Füllstoff versetzte, dekorative Oberflächenschicht und eine Durchdrin gung der aus Teilchenmaterial gebildeten Platte mit dem Harz bis zu einer Tiefe von 5 mm. Es zeigte sich, dass die fertige Platte physikalisch stabil war.
Beispiel 7
Eine Platte aus gesinterten Schaumglaspellets wurde unter Verwendung eines im Handel erhältlichen, mit Wasser verdünnbaren Polyesterharzsystems, das mit anorganischen Füllstoffen und Aggregaten versetzt war, imprägniert. Die resultierende Platte zeigte eine stark mit Füllstoff versetzte, einen dekorativen „Stein-Effekt" aufweisende Oberflächenschicht und eine Durchdringung der Platte mit nicht mit Füllstoff versetztem Harz bis zu einer Tiefe von 5 mm. Die Platte wies eine harte und stabile Oberfläche auf.
Gewisse klare Vorteile sind aus der Produktion eines mit Füllstoff versetzten Verbundmaterials nach der Erfindung evident. Diese bestehen hauptsächlich aus der teilweisen oder vollständigen Imprägnierung des Füllstoffes und des gesamten Zwischenraums innerhalb des Verbundmaterials im Vergleich mit einem herkömmlichen Prozess des mechanischen Pressens von Füllstoff auf die Oberfläche einen solchen Verbundmaterials, das nur teilweise effektiv war dank des resultierenden schwachen und ungleichmäßigen Eindringens des Füllstoffes. Da nur atmosphärischer Druck auf die Oberfläche des Verbundmaterials in dem Produktionsprozess ausgeübt wird, wird jede Tendenz vermieden, dass das Verbundmaterial reißt oder an der Oberfläche beschädigt wird.
Die Beaufschlagung des Verbundmaterials mit einem Teilvakuum liefert nicht nur die notwendige Kraft zum Verfestigen des Materials, sondern ermöglicht auch ein kontrolliertes Eindringen in die Zwischenräume der leichten Partikel. Da atmosphärischer Druck über den Vakuumbeutel auf die Oberfläche des Verbundmaterials ausgeübt wird, wird jede Ungleichmäßigkeit der Oberfläche ohne weiteres kompensiert.
Das Einsaugen des Füllstoffes in die Zwischenräume des Verbundmaterials ist nicht nur im Hinblick auf die Gesamtdurchdringung effizient, sondern sorgt auch für Gleichförmigkeit der Durchdringung, deren Grad von der Menge fluidförmigen Füllstoffes abhängig ist, die benutzt wird und eingestellt werden kann, um Platten zu erzeugen, welche unterschiedliche physikalische Eigenschaften je nach ihrem verlangten Einsatzzweck haben.
Da der Grundaufbau der Verbundmaterialplatte während deren Herstellung am Anfang festgelegt wird, wird das Verfahren des Versetzens der Platte mit Füllstoff und somit des Erzeugens der fertigen Platte wesentlich ab gekürzt, ohne dass längere Aushärtezeiten unter Druck notwendig sind. Die Kapitalkosten für das Einrichten und Durchführen des Prozesses sind daher minimal.
Es ist nicht beabsichtigt, die Erfindung auf die obigen Beispiele allein zu begrenzen. Zum Beispiel, nichtbrennbare Füllstoffe umfassen, aber ohne darauf beschränkt zu sein, Zusammensetzungen auf der Basis von wässerigen Systemen wie Gips, Zement, Silikaten und dgl., während der Prozess gleichermaßen geeignet ist für Füllstoffsysteme auf Harzbasis, welche, beispielsweise, umfassen Polyester, Phenolharze, Acrylharze, Epoxidharze oder Polyethylen, mit oder ohne den Zusatz von Füllstoffen wie feuerfesten oder dekorativen Zusätzen oder wie Schäume.

Claims

Mit Füllstoff versetztes Verbundmaterial, mit einer ein syntaktisches Verbundmaterial aufweisenden vorgeformten Aggregatplatte mit Partikelstruktur, die Zwischenräume zwischen ihren Partikeln aufweist und in den Zwischenräumen bis zu einer vorbestimmten Tiefe der Platte mit einem verstärkenden Füllstoff getränkt worden ist.
Mit Füllstoff versetztes Verbundmaterial nach Anspruch 1, wobei das vorgeformte Verbundmaterial aus Partikeln aus einem leichten anorganischen Material besteht.
Mit Füllstoff versetztes Verbundmaterial nach Anspruch 1 oder 2, wobei das vorgeformte Verbundmaterial aus gesinterten Schaumglaspellets besteht.
Mit Füllstoff versetztes Verbundmaterial nach Anspruch 1 oder 2, wobei das vorgeformte Verbundmaterial aus geschäumten Ton- oder Lehmpellets besteht.
Mit Füllstoff versetztes Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der verstärkende Füllstoff nichtbrennbar ist.
Mit Füllstoff versetztes Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der verstärkende Füllstoff von Gips abgeleitet ist.
Mit Füllstoff versetztes Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der verstärkende Füllstoff ein alkalisches Silicat mit einem Härter ist.
Mit Füllstoff versetztes Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der verstärkende Füllstoff eine organische Substanz ist.
Mit Füllstoff versetztes Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der verstärkende Füllstoff ein in Wärme aushärtendes Harz ist.
Verfahren zum Herstellen eines mit Füllstoff versetzten Verbundmaterials, beinhaltend die Schritte Bereitstellen einer ein syntaktisches Verbundmaterial aufweisenden vorgeformten Aggregatplatte mit Partikelstruktur, die Zwischenräume zwischen ihren Partikeln aufweist, und Bewirken, dass ein fluidförmiger Füllstoff bis zu einer vorbestimmten Tiefe der Platte in die Zwischenräume gesaugt wird, indem die vorgeformte Verbundplatte wenigstens mit einem Teilvakuum beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der fluidförmige Füllstoff ein aushärtbares Material ist, und beinhaltend den Schritt Bewirken, dass der Füllstoff in den Zwischenräumen aushärtet.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, beinhaltend den Schritt Aushärten des Füllstoffes bei einer Temperatur oberhalb der Umgebungstemperatur.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der fluidförmige Füllstoff in eine Form eingebracht wird gefolgt von dem vorgeformten Verbundmaterial und einer Entlüftungsmembran und wobei die Form in einem Vakuumbeutel angeordnet wird, aus welchem Luft mittels einer Pumpe abgesaugt wird, um das Teilvakuum aufzubauen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, beinhaltend den Schritt Einbringen eines vorgeformten Verstärkungsmaterials und Bewirken, dass dieses durch den Füllstoff in das vorgeformte Verbundmaterial integriert wird.