DE68902355T2

DE68902355T2 - Verfahren zur herstellung einer sandwichstruktur.

Info

Publication number: DE68902355T2
Application number: DE1989602355
Authority: DE
Inventors: Willem Dijkhuizen; Menno Drent
Original assignee: Halbertsma R & D Bv
Current assignee: Halbertsma R & D Bv
Priority date: 1988-05-19
Filing date: 1989-05-19
Publication date: 1993-03-25
Anticipated expiration: 2009-05-20
Also published as: EP0342768B1; DE68902355D1; NL8801300A; EP0342768A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer leichten Sandwichstruktur mit: Abdecken der offenen Seiten einer Wabenstruktur mit einem Fasertuch, das mit einem Bindemittel auf Kunststoffbasis imprägniert ist, und Zusammenpressen der Fasertücher und der Wabe bei erhöhter Temperatur und Druck.
Ein solches Verfahren ist aus der DE-A1-3.444.321 bekannt.
Erhöhte Temperatur bedeutet eine über der Raumtemperatur liegende Temperatur (z. B. 40 bis 90ºC), und als erhöhter Druck wird ein über 1 Bar liegender Druck verstanden (z. B. 5 Bar).
Die Herstellung von Sandwichstrukturen unter Verwendung von in Wärme aushärtenden Kunstharzen als Bindemittel ist schon lange bekannt. So werden z. B. bei der Herstellung von Drei- oder Mehrlagensperrholz drei oder mehr Schichten aus gleichen oder unterschiedlichen Holzarten zu einer Sandwichplatte unter Verwendung eines Bindemittel bei erhöhter Temperatur und Druck zusammengepreßt. Als Bindemittel wird dabei normalerweise ein Vorkondensationsprodukt aus Harnstoff, Phenol oder Melamin mit Formaldehyd benutzt, mit dem die miteinander zu verbindenden Holzphasen eingestrichen werden. Auf diese Weise erhält man flache Sandwichstrukturen, die mechanisch fest und somit für Bauzwecke geeignet sind.
Bei der Herstellung von leichten Sandwichstrukturen als Kernmaterial ist die Verwendung eines Schaumkunststoffs bekannt, der auf die bekannte Weise aus einem in Wärme aushärtendem Werkstoff unter Verwendung eines Schaummittels hergestellt werden kann; anschließend wird der Schaumkunststoff auf beiden Seiten mit einem Abdeckwerkstoff mittels eines Bindemittels versehen. Diese leichten Sandwichstrukturen haben aber den Nachteil, daß sie für Bauzwecke mechanisch nicht ausreichend fest sind.
Die DE-A1-3.444.321 offenbart ein Verfahren zur Lösung des Problems, daß die Fasern auf der Oberfläche der Struktur sichtbar sind, so daß für das Lackieren des Produktes ein mehrmaliges Aufspritzen von Füllstoffen, Schleifen und Glätten notwendig sind. Daher wird vorgeschlagen, in einem Umkehr-Lackierverfahren eine Schicht mit einheitlicher Dicke durch Aufspritzen oder Gießen auf ein flache Kunststoffolie auf zutragen und auf die Schicht eine faserverstärkte Kunststofflage auf zubringen. Die Kunststoffolie wird unmittelbar vor dem Lackieren oder Einsetzen der Struktur entfernt. Beim Herstellen einer Sandwichstruktur ist die Berührungsfläche zwischen Wabe und Fasertuch so klein, daß die Festigkeit der erzeugten Sandwichstruktur viel zu wünschen übrig läßt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, dieses Problem zu vermeiden und ein Verfahren zur Herstellung einer leichten Sandwichstruktur zu schaffen, mit dem eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit der Sandwichplatte erzielt wird.
Erfindungsgemäß bestehen die Fasertücher aus im wesentlichen ungebundenen losen Fasern, wobei die Faserlänge des Tuches größer als die größte Querschnittsabmessung der Wabenstrukturöffnungen ist und die Fasern während des Zusammenpressens der Fasertücher und der Wabe bei erhöhter Temperatur und Druck teilweise in die offenen Wabenräume eindringen, wodurch die Berührungsfläche zwischen den Tüchern und der Wabenstruktur stark vergrößert wird.
Da die Fasern ungebunden sind, können sie verhältnismäßig tief in die Wabenräume eindringen. Die Fasern sind so lang, daß sie nicht durch die Wabenräume fallen, sondern wenigstens mit einem Ende an der Wabenkante haften bleiben. Daher ist die Haftung zwischen den Verbundteilen der Sandwichplatte ausgezeichnet, was zu einer höheren mechanischen Festigkeit der Sandwichplatte führt.
Die durch die Erfindung geschaffene Sandwichstruktur kann beidseitig mit einer flachen, glatten Kunststoffolie abgedeckt werden, deren Dicke von der Fasertuchdicke und der Menge des verwendeten Kunstoffbindemittels abhängig ist.
Bei Bedarf kann die herzustellende Sandwichstruktur mit einem anderen Beschichtungswerkstoff versehen werden, indem das aufgelegte Fasertuch während der Herstellung an der Außenseite mit einem dünnen Folienwerkstoff, z. B. aus Aluminium, abgedeckt wird.
Die gemäß dem Verfahren der Erfindung zu verwendenden Fasern können Natur- oder Kunstfasern sein. Geeignete Fasern sind u. a. Baumwolle-, Flachs-, Jute-, Glas-, Polyamid- und Polyesterfasern sowie deren Gemische.
Die GB-A-930514 offenbart ein Verfahren zum Muster- oder Schablonenformen einer Sandwichstruktur mit Außenschichten aus einem faserigen Werkstoff, der mit einem bei Raumtemperatur aushärtbaren Harz imprägniert ist, wobei die Außenschichten mit einem aus einem Wabenaufbau bestehenden Kern verbunden werden, der ebenfalls bei Raumtemperatur aushärtbar ist. Der harzimprägnierte Wabenaufbau wird bei Raumtemperatur ausgehärtet und bis zum Weichwerden erwärmt. Anschließend wird die biegsame Wabe in Haftberührung mit der noch nicht ausgehärteten, an der Schablonenwand anliegenden Außenschicht gebracht und in dieser Lage festgehalten, bis sie durch Abkühlen erstarrt ist. Die größere Festigkeit der Sandwichstruktur wird durch die Verbindung zwischen dem Harz, mit dem die Wabe imprägniert ist, und dem Harz der Außenschicht erreicht. Dieses Verfahren ist kompliziert. Die Veröffentlichung offenbart nicht, die Außenschichtfasern teilweise in die Wabe eindringen zu lassen, um die Berührungsfläche und damit die mechanische Festigkeit zu erhöhen.
Die NL-A-6917630 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer leichten Sandwichstruktur mit: Abdecken der offenen Seiten einer Wabenstruktur mit einem Fasertuch, das mit einem Bindemittel auf Kunststoffbasis imprägniert worden ist, und Zusammenpressen der Kombination bei erhöhter Temperatur und Druck. Aus dieser Anmeldung geht nicht hervor, daß die Fasern ungebunden und die Faserlänge größer als die größte Querschnittsabmessung der Wabenstrukturöffnungen sein sollten und daß während des Zusammenpressens der Kombination aus Wabe und Fasertüchern bei erhöhter Temperatur und Druck die Fasern in die Wabe eindringen und damit die Berührungsfläche zwischen den Tüchern und der Wabenstruktur bedeutend erhöhen.
Die Japanese Patent Gazette Nr. 86-1940 17/30 (JP-A-61 127 341) offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Sandwichstruktur, bei dem ein durch Mischen von thermoplastischem PU-Harz und Polyisozyanat gewonnenes lösungsmittelartiges Klebemittel an beiden offenen Oberflächen einer Wabenstruktur aufgetragen wird. Nach Verdunsten des Lösungsmittels wird eine haftende, beschichtete Metall-, Holz- oder Dekorplatte auf beide Wabenseiten auf gepreßt. In dieser japanischen Publikation wird nicht offenbart, die offenen Wabenseiten mit einem Fasertuch aus ungebundenen Fasern abzudecken, deren Länge größer als die größte Querschnittsabmessung der Wabenstrukturöffnungen ist, und während des Zusammenpressens dieser Kombination die Fasern teilweise in das Innere der Wabe eindringen zu lassen.
Die Wabenstruktur kann aus verschiedenen Werkstoffen hergestellt werden, z. B. aus Aluminium, Kunststoff oder Papier, die kunststoffimprägniert oder nicht imprägniert sein können. Für preiswerte leichte Strukturen, die als Platten oder Wände dienen können, wird vorzugsweise Papier verwendet.
Die geeignetsten, in Wärme aushärtenden Kunstharze für das erfindungsgemäße Verfahren sind Polyurethanharze und ferner Epoxidharze und ungesättigte Polyesterharze. Diese Harze haben den Vorteil, daß sie innerhalb kurzer Zeit schon bei Raumtemperatur aushärten und ein schnelles und wirtschaftliches Herstellungsverfahren gestatten. Harnstoff-, Phenol- und Melaminharze können ebenfalls verwendet werden, doch müssen diese Harze auf eine Temperatur erwärmt werden, die wesentlich über der Raumtemperatur liegt, im allgemeinen bei 100 bis 140ºC, um für praktische Zwecke ausreichend schnell auszuhärten.
Als Bindemittel können nicht nur in Wärme härtende Kunstharze, sondern auch thermoplastische Werkstoffe wie Polyethylen und Polypropylen verwendet werden. Man kann z. B. mit einem Fasertuch beginnen, das ein inniges Gemisch aus Jute- oder Glasfasern und Polyethylen- oder Polypropylenfasern aufweist. Bei der Herstellung einer leichten Sandwichstruktur gemäß dem Verfahren der Erfindung, in der ein Fasertuch aus thermoplastischen Fasern verwendet wird, müssen die Temperatur und der Druck so ausgewählt werden, daß die thermoplastischen Fasern erweichen und verschmelzen. Aufgrund ihrer mechanischen Festigkeit können die erfindungsgemäßen, leichten Sandwichstrukturen für baugewerbliche Zwecke in Wänden, Türen, Möbeln und überall dort verwendet werden, wo leichte und feste Sandwichplatten eingesetzt werden können.
Am meisten bevorzugt wird, daß die Tücher aus ungebundenen Fasern hergestellt werden und das Bindemittel in flüssiger, pulverförmiger, körniger oder Faserform intensiv in den Tüchern verteilt wird.
Sehr gute Ergebnisse werden erzielt, wenn das Bindemittel ein Polyurethanharz in Form eines Flüssiggemisches aus einem Polyalkohol und einem mehrwertigen Isozyanat ist.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der folgenden Beispiele näher erläutert:
A. Eine Jute-Nadelfasermatte mit 500 g/m² wird mit einem Polyurethanharzgemisch imprägniert, das 100 Teile drei- oder vierwertiges Polyol, 85 Teile Isozyanat als Methylendiphenyldiisozyanat (MDI) und 0,05 bis 0,1 Teile eines Katalysators, z. B. ein Organozinn oder eine andere organometallische Verbindung, wie Zinnoktoat, Zinnaphthanat, Bleinaphthenat, Vanadiumoxyisopropylat, aufweist. Diese Matte wird auf beide Seiten einer Wabenstruktur aus Papier aufgelegt, deren Innenkreis einen Durchmesser von 12 mm hat und deren Höhe 20 mm beträgt. Die Faserverbindung wird in einer Presse bei einer Temperatur von 50ºC und einem Druck von 5 kg/cm² auf die Wabenstruktur auf gepreßt. Nach einigen Minuten hat sich eine Sandwichstruktur gebildet, in der die stabilen Abdecklagen der faserverstärkten Polyurethanfolien dicht mit der Wabenstruktur verbunden sind. Die Druckfestigkeit der Sandwichplatte beträgt 5,9 kg/cm² und die Zugfestigkeit 100 kg/cm².
B. Ein Tuch aus ungebundenen Glasfasern wird mit einem flüssigen, ungesättigten Polyestergemisch bespritzt, das einen Peroxidkatalysator enthält. Das so behandelte Glasfasertuch wird auf beide Seiten der Wabenstruktur aus Papier aufgelegt, und der Gesamtaufbau wird anschließend bei einer Temperatur von 80ºC in einer Presse komprimiert. Nach einigen Minuten ist eine stabile, leichte Sandwichstruktur entstanden.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines leichtgewichtigen Schichtenaufbaus mit: Abdecken der offenen Seiten einer Honigwabenstruktur mit einem Fasertuch, das mit einem Verbindungsmittel auf Kunststoffbasis imprägniert ist, Zusammenpressen der Fasertücher und der Honigwabe bei erhöhter Temperatur und Druck, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasertücher aus im wesentlichen nicht verbundenen losen Fasern bestehen und die Länge der Fasern größer als die größte Querschnittsabmessung der Öffnung der Honigwabenstruktur ist, und daß während des Zusammenpressen der Fasertücher und der Honigwabe bei erhöhter Temperatur und Druck ein Teil der Fasern in die offenen Räume der Honigwabe eindringen, wodurch die Berührungsfläche zwischen den Tüchern und der Honigwabenstruktur wesentlich vergrößert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsmittel ein Polyurethankunstharz in der Form einer flüssigen Mischung aus einem mehrere Hydroxylgruppen enthaltenden Alkohol und einem mehrwertigen Isocyanat ist.