DE69223066T2

DE69223066T2 - Geformte mit polyester verstärkte acryl-kompositstruktur und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE69223066T2
Application number: DE69223066T
Authority: DE
Inventors: Ronald Barndt; Karl Kuszaj; Jeffrey Willis
Original assignee: American Standard Inc
Current assignee: Trane US Inc
Priority date: 1992-05-12
Filing date: 1992-09-10
Publication date: 1998-06-10
Anticipated expiration: 2012-09-11
Also published as: ES2110524T3; ATE159889T1; JP3283261B2; DE69223066D1; JPH07506546A; EP0647177A1; AU2692092A; BR9207129A; KR100246937B1; CA2118499A1; EP0647177B1; CA2118499C; WO1993023236A1; KR950701570A

Description

Die Erfindung betrifft eine geformte polyesterverstärkte Acrylverbundstruktur. Insbesondere betrifft sie eine Verbundstruktur mit einem polymeren Polyesterverstärkungsmaterial, das im Verlauf eines Formgebungsverfahrens auf eine Acrylschale aufgetragen wird, um leichte dauerhafte Artikel herzustellen, z. B. Sanitärobjekte, u. a. Badewannen, Spülbecken, Duschtassen, Toilettenbecken u. ä., die leicht und gegen Beschädigung und Delaminierung beständig sind, wenn sie Schlägen, dem Gewicht eines Benutzers und Wärmestößen ausgesetzt werden.
In der Entwicklung von Bad- und Küchenobjekten sowie von Badewannen, Whirlpoolwannen und anderen Verbundartikeln wurden die traditionellen Objekte aus Porzellan und Gußeisen allmählich durch leichtere und elastischere Verbundstrukturen abgelöst. Während Porzellan-Gußeisen- und emaillierte Objekte den Vorteil hatten, sich sehr massiv anzufühlen und hohe Gewichte tragen zu können, bestand ein Nachteil dieser Objekte darin, daß sie schlagschadenanfällig und extrem schwer sind, was den Transport und Einbau großer Objekte wie Spülen, Badewannen und Whirlpoolwannen sehr schwierig macht.
Erste Versuche der Industrie, diese Objekte aus Porzellan und Gußeisen zu ersetzen, waren nicht von Erfolg gekrönt. Die frühen Verbundstrukturen fühlten sich nachgiebig und hohl an, und unter dem Einfluß von Schlägen, Wärmestößen oder dem Gewicht eines typischen Badenden kam es bei ihnen zu Verformung, Rißbildung, Abplatzung oder Delaminierung. Außerdem traten bei diesen Verbundstrukturen häufig Delaminierung, Rißbildung oder Abplatzung auf, wenn sie Schlägen von außen auf die Struktur ausgesetzt waren, z. B. bei Herstellung, Transport und Einbau des Objekts.
Eine erfolgreiche Lösung dieser Probleme ist in den US- A-4664982 (Genovese et al.) und US-A-5049443 (Kuszaj et al.) offenbart, wobei beide Offenbarungen hierin durch Verweis eingefügt sind. Beide offenbaren Verbundobjekte aus emailliertem Stahl oder rostfreiem Stahl, die wie die früheren Porzellan-Gußeisen-Objekte aussehen und sich wie diese anfühlen. Die Strukturen sind leicht, haben eine hohe konstruktive Festigkeit und widerstehen Delaminierung, Abplatzen und Einbeulung infolge von Schlag oder Wärmestoß. Gebildet sind die Verbundstrukturen aus einem Stahl oder rostfreiem Stahl, der ein- oder beiderseitig emailliert sein kann. Die ausgezeichneten physikalischen und mechanischen Eigenschaften erhalten diese Schalen als Ergebnis der chemischen Bindung einer Kunststoffschicht an die verdeckte bzw. Nichtsichtseite der Schale. Die bevorzugte Kunststoffschicht ist ein isocyanatmodifizierter hitzehärtbarer ungesättigter Polyester- oder Polyetherschaum, der in eine die Schale enthaltende Form durch Verarbeitung im Reaktionsspritzgießen ("RIM") oder Reaktionsspritzgießen mit Bewehrung ("RRIM") eingeführt wird. Der aufgeschäumte Kunststoff wird an die Schale chemisch durch die Wirkung eines Silans gebunden, eines Haftvermittlers, der chemische Bindungen zwischen den Metallgruppen oder den SiOH- Gruppen im Email und dem bewehrten aufgeschäumten Kunststoff erzeugt, um das Laminat zu bilden. Diese Verbundstrukturen haben hervorragende physikalische und mechanische Eigenschaften als Ergebnis der chemischen Bindung der bewehrten Schaumpolymerschicht an die Schale aus emailliertem Stahl oder rostfreiem Stahl. Allerdings betreffen diese Offenbarungen nicht die Herstellung einer Verbundstruktur, bei der eine Acrylschicht an eine geformten Polymer- oder Kunststoffstruktur gebunden ist.
In zwei Europäischen Patentschriften, den EP 370918 und EP 399707, sind geformte Verbundstrukturen offenbart. Wenngleich die EP 370918 Sanitärobjekte betrifft, erfordert sie zwei Schalen, eine Innen- und eine Außenschale, zwischen denen ein Polyesterbetonmaterial vergossen wird. Erforderlich sind zwei Schalen, um dem Endprodukt Festigkeit und Unversehrtheit zu verleihen. Die EP 399707 offenbart Verbundbahnen mit mindestens einer Schicht aus einem thermoplastischen Polymer und mindestens einer Schicht mit einem Harz, das mit einem mit der ersten Schicht kompatiblen Innenfüllmittel bewehrt ist, wobei das Harz direkt auf die thermoplastische Schicht polymerisiert ist. Die Verbundbahnen sind nicht selbsttragend und werden als Täfelungen oder Verkleidungen an Gebäuden verwendet. Diese Offenbarungen betreffen keine selbsttragenden Formartikel mit einer einzelnen Schale.
Eine weitere bekannte Struktur weist eine polymere dekorative Oberflächenschicht auf, die direkt an einen Schaumkunststoffträger gebunden ist, der als vernetzte isocyanatmodifizierte hitzehärtbare ungesättigte Polyester- oder Polyetherharzschicht beschrieben ist, um eine Struktur mit hoher Schlag- und Delaminierungsfestigkeit vorzusehen. Diese Strukturen und ihre Herstellungsverfahren sind in den US-A-4844944 und US-A-4844955 (beide für Graefe et al.) offenbart, deren Offenbarungen hierin durch Verweis eingefügt sind. Methylmethacrylat und handelsüblicher Klebstoff Thixon 416, hergestellt von der Firma Whittaker Corp., West Alexandria, Ohio, der eine Mischung aus 65 % Lösungsmitteln, 35 % Feststoffen mit Polyurethanphenol- und Epoxidharzen enthält, wurde als Grundierung verwendet, um die dekorative Polymerschicht zu vernetzen und sie chemisch an die Isocyanatgruppen im Schaumkunststoff zu binden, während der Kunststoff ausgehärtet wird. Das Isocyanat war im Schaumkunststoff vorgesehen, um die Kunststoffschicht im Verlauf der Formgebung durch RIM oder RRIM sehr schnell aushärten zu lassen.
Allerdings besteht ein Nachteil der zuvor diskutierten Reaktionsformgebungsverfahren darin, daß die Formgebungsverfahren unter hohen Drücken durchgeführt werden und eine große und teure Hydraulikpresse erfordern, damit die Form geschlossen bleibt und das Austreten des reagierenden Polymerschaums während des Formgebungsverfahrens verhindert wird. Obgleich diese Formgebungsabläufe zu einer sehr schnellen Härtezeit führen, ist die erforderliche Ausrüstung, z. B. die Hydraulikformpresse, teuer und erfordert hohe Investitionsausgaben.
Daher ist es wünschenswert, eine verbesserte geformte Polymerverbundstruktur und ein Verfahren zu ihrer Herstellung bereitzustellen.
Allgemein ausgedrückt wird erfindungsgemäß eine selbsttragende Polymerverbundstruktur, die vorzugsweise in der Konfiguration einer Badewanne geformt ist, und ein Verfahren zu ihrer Herstellung bereitgestellt. Die selbsttragende Polymerverbundstruktur weist eine Polymerschalenschicht, die vorzugsweise aus einem warmformbaren Acrylpolymer von Polymethylmethacrylat hergestellt ist, mit einer Sichtseite und einer verdeckten bzw. Nichtsichtseite auf.
Außerdem weist die selbsttragende Polymerverbundstruktur eine geformte, vernetzte hitze- bzw. wärmehärtbare Polymerverstärkungsschicht auf. Die vernetzte wärmehärtbare Polymerschicht ist direkt an im wesentlichen die gesamte Nichtsichtseite der Polymerschale gebunden und weist mindestens eine der folgenden Komponenten auf: Polyester, Epoxidharz, Acrylharz oder Vinylester allein oder in Kombination gemischt, enthält aber kein Isocyanat. Vorzugsweise weist diese vernetzte wärmehärtbare Verstärkung vor dem Härten ein hartes bzw. steifes oder starres ungestättigtes Polyesterharz, ein flexibles bzw. ungesättigtes Polyesterharz, einen Härtungsbeschleuniger, einen Peroxidvernetzungsbeschleuniger und ein Füllmittel in einem Verhältnis von etwa 2:1 Harz zu Füllmittel bis etwa 1:30 Harz zu Füllmittel auf. Das Füllmittel kann Calciumcarbonat, Aluminiumtrihydrat, Glaskugeln, Sand, Keramik, Glimmer, Talk, Siliziumoxid und Mischungen aufweisen, die ein oder mehrere dieser Füllmittel enthalten.
Eine faserbewehrte bzw. faserverstärkte Harzschicht, die eine Schicht aus Fasern aufweisen kann, z. B. aus Faserglas, Kohlenstoff, Keramik, Bor, Graphit, Wollastonit, aromatischem Polyamid und Mischungen daraus, kann auf die Nichtsichtseite der Acrylschale geklebt sein. Vorzugsweise sind solche Schichten aus gehacktem Faserglas in einer harzhaltigen Verstärkung hergestellt. Eine gewichtstragende Bewehrungsstruktur ist auf die Nichtsichtseite der Schale und auf die faserbewehrte Harzschicht geklebt. Diese gewichtstragende Struktur kann Holz aufweisen, z. B. als Spanholzplatte, Spanplatte, Sperrholz und Holzbohlen, oder sie kann ein Polymerverbundmaterial oder anorganische gewichtstragende Strukturen aufweisen. Vorzugsweise ist die gewichtstragende Struktur eine rechtwinklige Holzstruktur, die aus einer Spanholzplatte hergestellt ist, die unterhalb des Bodenabschnitts der Badewanne angeordnet ist. Zusätzlich sind mehrere Holzbohlen als Bewehrung unterhalb des Randabschnitts der Schale der Wanne angeordnet.
Die Nichtsichtseite der Schale kann mit der Faserbewehrungsschicht durch einen Haftvermittler auf Silanbasis verbunden sein, der aus einer Grundierung auf Silanbasis und einer Mischung aus Methylmethacrylat und Lösungsmittel hergestellt ist. Vorzugsweise weist die Mischung aus Methylmethacrylat und Lösungsmittel Methylenchlorid, Styrol und Wasser auf, während die Grundierungszusammensetzung auf Silanbasis zweckmäßig 3 [2(Vinylbenzylamino)ethylamino]propyltrimethoxysilan aufweist, das in einer Lösung aus Toluol, Butanol, 2- Butoxyethanol und Butylalkohol gelöst ist. Die vernetzte wärmehärtbare Polymerverstärkungsschicht, die an die Nichtsichtseite der Polymerschale gebunden ist, umgibt die Harzschicht mit Faserbewehrung und die gewichtstragende Bewehrungsstruktur.
Bei der Erfindung ist die Nichtsichtseite der Polymerschale direkt mit der vernetzten wärmehärtbaren Polymerverstärkungsschicht verbunden. Erreicht wird dies durch das Vernetzen von Styrol, das in der wärmehärtbaren Polymerverstärkungsschicht vorhanden ist, mit der polymeren Polymethylmethacrylatschale. Dadurch entfällt die Notwendigkeit sowohl des Haftvermittlers auf Silanbasis als auch der faserbewehrten Harzschicht. Außerdem weist die am stärksten bevorzugte Ausführungsform der Erfindung nicht eine gewichtstragende Bewehrungsstruktur, mehrere unterhalb des Randabschnitts der Schale der Wanne angeordnete Bewehrungsholzbohlen oder Blindbolzen und Füße auf, die unterhalb des Bodenabschnitts der Wannenschale positioniert sind.
Eine Polymerverbundstruktur, die vorzugsweise in Form der Badewanne ausgebildet ist, kann gemäß der nachfolgenden Beschreibung hergestellt werden. Einer Polymerschale, vorzugsweise einer warmformbaren Acrylschale aus Polymethylmethacrylat, wird durch Formgebung eine geeignete Form verliehen, z. B. die Konfiguration einer Badewanne. Vorzugsweise wird die Nichtsichtseite der Polymerschale mit dem zuvor beschriebenen Haftvermittler auf Silanbasis grundiert. Anschließend wird die grundierte oder nicht grundierte Polymerschale auf ihrer Nichtsichtseite mit einer harzartigen Mischung aus Bewehrungsfasern durch geeigneten Spritz- oder Walzenauftrag oder durch andere geeignete Techniken bewehrt. Nach ausreichendem Härten der bewehrten Schale wird die Schale in einer Form angeordnet, wobei die Nichtsichtseite eine gewichtstragende Bewehrungsstruktur bedeckt, z. B. eine Spanholzplatte, die unter dem gewichtstragenden Abschnitt der Schale plaziert ist, beispielsweise dem Boden der Wanne. Andere Bewehrungsstrukturen, z. B. Holzleisten, können unter dem Rand der Schale angeordnet werden.
Eine ungehärtete Mischung aus ungesättigtem wärmehärtbarem Polymerverstärkungsmaterial und Vernetzungsbeschleuniger gemäß der vorstehenden Beschreibung wird mit einem ausreichenden Druck in die Form eingespritzt, um das Verstärkungsmaterial zu zwingen, die Nichtsichtseite der Schale zu überziehen und das Faserbewehrungsmaterial sowie die gewichtstragende Bewehrungsstruktur zu bedecken. Das geformte wärmehärtbare Polymerverstärkungsmaterial wird bei geeigneten Temperaturen ausreichend lange gehärtet, damit das wärmehärtbare Material härten und vernetzen und die Faserbewehrungsschicht eine Bindung mit der Nichtsichtseite der Schale eingehen kann. Nach ausreichendem Härten wird die Verbundstruktur zum Entgraten aus der Form entfernt.
Zusätzlich kann die vorzugsweise grundierte (oder nicht grundierte) Polymerschale im Formenhohlraum so angeordnet sein, daß die Nichtsichtseite eine Faserbewehrung bedeckt, z. B. eine Fiber- bzw. Faserglas- oder andere Fasermatte. Vorzugsweise kann eine zusätzliche Faserglasmatte zwischen der gewichtstragenden Bewehrungsstruktur, z. B. der Spanholzplatte, und dem Boden der Badewanne angeordnet werden. Das wärmehärtbare Polymermaterial wird in die Form eingespritzt, überzieht die Nichtsichtseite der Schale und bettet die Fasermatte und die gewichtstragende Platte ein, um die Faserbewehrung und die gewichtstragenden Materialien an die Nichtsichtseite der Schale zu binden. Erwogen ist ebenfalls, daß das Faserbewehrungsmaterial, z. B. eine Faserglasmatte, als vorgeformte Faserstruktur, die durch ein Warmformverfahren hergestellt ist, eingefügt werden kann oder Faserglas und Harz auf ein zweckmäßig geformtes Sieb gespritzt werden können.
Erfindungsgemäß wird keine Faserbewehrungsschicht auf die Nichtsichtseite der Schale aufgetragen. Anstelle dessen wird das Polymermaterial direkt an die Nichtsichtseite der Schale gemäß der nachfolgenden Beschreibung gebunden. Polyesterharze, Füllmittel und Fließmittel werden in einer Trommel vermischt. Die Mischung wird gleichmäßig auf eine gesonderte Amineinspritz- und Peroxideinspritzeinheit verteilt, in denen die Mischungen mit einem Beschleuniger bzw. Katalysator kombiniert werden. Anschließend werden die Mischungskombinationen in einem Mischer kombiniert und durch Schwerkraft in eine Umkehrform eingeleitet, die die Polymerschale enthält. Das wärmehärtbare Polymermaterial überzieht die Nichtsichtseite der Schale und bindet sich direkt an sie.
Somit besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine verbesserte geformte Verbundstruktur bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine leichte polyesterverstärkte geformte Acrylverbundstruktur bereitzustellen, die sich wie die mit Porzellan beschichteten Gußeisen- und Emailobjekte massiv anfühlt und klingt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine geformte Verbundstruktur bereitzustellen, die unter Stoßeinwirkung gegenuber Beschädigung und Delaminierung beständig ist.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Vorrichtung zur Bildung geformter Verbundstrukturen bereitzustellen.
Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung geformter Verbundstrukturen bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine polyesterverstärkte geformte Acrylverbundstruktur bereitzustellen, die unter niedrigen Drücken geformt werden kann, ohne daß eine teure Hydraulikformpresse benötigt wird, die für die RIM- oder RRIM-Formgebung erforderlich ist.
Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung sind teils offensichtlich und teils aus der Beschreibung deutlich.
Folglich weist die Erfindung die mehreren Schritte und die Beziehung eines oder mehrerer solcher Schritte zu jedem der anderen sowie den Artikel mit den Merkmalen, Eigenschaften und Elementbeziehungen auf, die in der nachfolgenden näheren Offenbarung als Beispiel dargestellt sind, und der Schutzumfang der Erfindung ist in den Ansprüchen angegeben.
Zum besseren Verständnis der Erfindung dient die nachfolgende Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische teilweise Perpektivquerschnittansicht einer polyesterverstärkten Acrylverbundbadewanne;
Fig. 2 einen schematischen Ablaufplan einer mit Niederdruck arbeitenden Harztransfer-Formgebungsvorrichtung;
Fig. 3 eine Perspektivansicht des bevorzugten Formbehältnisses gemaß der Erfindung von oben;
Fig. 4 eine Perspektivansicht der erfindungsgemäßen Form in der offenen Position zur Veranschaulichung eines Formbehältnisses und einer Schalenstütz- und Formschließeinrichtung der Erfindung;
Fig. 5A die Nichtsichtseite der Acrylschale der Erfindung;
Fig. 5B eine Nichtsichtseite einer Acrylschale nach Auftragen der Faserglas-Spritzbewehrung;
Fig. 6 die gerade der Form entnommene polyesterverstärkte Acrylverbundbadewanne der Erfindung in der Positionierung auf einem Entgratetisch mit einer waagerecht orientierten Kreissäge zum Entgraten von im Formgebungsverfahren erzeugter überschüssiger Polyesterverstärkung, dargestellt mit Blindbolzen an ihrer Verwendungsstelle;
Fig. 7A, 7B und 7C Orthogonalansichten der entgrateten polyesterverstärkten Acrylverbundbadewanne der Erfindung, dargestellt ohne die Blindbolzen an ihrer Verwendungsstelle;
Fig. 8 eine schematische teilweise Perspektivquerschnittansicht der polyesterverstärkten Acrylverbundbadewanne der Erfindung; und
Fig. 9 einen schematischen Ablaufplan der mit Niederdruck arbeitenden Harztransfer-Formgebungsvorrichtung, die zur Durchführung des Formgebungsverfahrens der Erfindung verwendet wird.
Fig. 1 veranschaulicht eine polyesterverstärkte geformte Acrylverbundstruktur. Vorzugsweise hat die geformte Verbundstruktur die Konfiguration einer Badewanne 10. Die Badewanne 10 weist eine Polymerschale auf, vorzugsweise eine warmformbare Schale, wobei eine Acrylschale 12 mit einer polierten Sichtseite 20, die normalerweise zum Benutzer weist, am stärksten bevorzugt ist. Außerdem weist die Acrylschale 12 eine Nichtsichtseite 21 auf, die mit einer geformten wärmehärtbaren Polymerverstärkung verbunden ist, die kein Isocyanat enthält. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Polymerverstärkung ein gemischtes Polyesterverstärkungsmaterial 14.
Zusätzlich kann ein (nicht gezeigtes) Faserglas-, Graphitfaser-, Kohlenstoffaser-, Borfaser-, Keramikfaser-, Wollastonitfaser-, aromatisches Polyamidfaser- oder ähnliches Bewehrungsmaterial vor Formgebung durch Spritztechniken aufgetragen sein. Alternativ wird das Faserbewehrungsmaterial an die Acrylschale 12 durch das Polyesterverstärkungsmaterial 14 im Verlauf des Formgebungsverfahrens angeformt. Eine Bodenbewehrungseinrichtung 16, die vorzugsweise aus einer Spanholzplatte, Spanplatte oder Sperrholz gebildet ist, ist in die Polyesterverstärkung 14 unterhalb der Acrylschale 12 unter dem Boden der Badewanne 10 eingeformt. Vorzugsweise ist eine Randstützeinrichtung 18, z. B. Holzleisten, unter dem Randbereich der Acrylschale 12 in der Polyesterverstärkung 14 eingeformt. In der ersten und zweiten Ausführungsform der Erfindung sind Blindbolzen 22 besonders bevorzugt, die nach Abschluß des Formgebungsverfahrens durch einen Abschnitt des geformten Polyesterverstärkungsmaterials 14 und in die Bodenbewehrungseinrichtung 16 positioniert werden. An den Blindbolzen 22 sind Füße 24 zum Tragen des Gewichts der Wanne, des Benutzers und des Wassers beim Baden befestigt.
In Fig. 2 ist ein schematischer Ablaufplan zur Veranschaulichung der bevorzugten, mit Niederdruck arbeitenden Harztransfer-Formgebungsvorrichtung (LPRTM-Vorrichtung) 25 gezeigt, die zur Durchführung eines Formgebungsverfahrens geeignet ist. Die Formgebungsvorrichtung 25 weist einen Mischer 26 auf, z. B. einen NAUTA-Mischer mit einem Fassungsvermögen von 0,42 m³ (110 Gallonen), hergestellt von der Firma Daymixing Corp., Cincinatti, Ohio. Das ungehärtete, gemischte Verstärkungsmaterial aus Polyester und Füllmittel wird vom Mischer 26 zu einem Druckkesselstrang 28 übergeben, der sich zweckmäßig in einen Druckkessel 29, Modell Nr. QM 5744 einpaßt, die beide von der Firma Devilbiss Corp., Toledo, Ohio hergestellt werden. Nach Zugabe eines Vernetzungsbeschleunigers wird der Druckkessel 29 geschlossen, und Druckluft 30 wird in den Druckkessel 29 gepumpt. Nach ausreichender Beschickung des Druckkessels 29 wird ein Drosselventil 32 geöffnet, wodurch die Druckluft die Mischung aus ungehärtetem Polyester und Füllmittel durch einen Polymerzufuhrschlauch 34 und in eine Form 36 pressen kann. Vorzugsweise ist der Polymerzufuhrschlauch 34 ein Weich-PVC-Schlauch mit 25,4 mm (ein (1") Inch) Durchmesser, der nach dem Formgebungsverfahren entsorgt und ausgetauscht wird. Fig. 2 und 3 veranschaulichen die Form 36, die vorzugsweise ein Formbehältnis 38 aufweist, das aus Aluminiumguß mit einem Hohlraum zur Aufnahme der Acrylschale 12 gebildet ist und einen Formgebungsraum zwischen der Nichtsichtseite 21 der Acrylschale 12 und der Innenfläche 44 des Formbehältnisses 38 beläßt.
Gemäß Fig. 3 hat das Formbehältnis 38 eine relativ glatte Innenfläche 44 zur Bildung der Form der Polyesterverstärkung 14 und ist vorzugsweise aus einem Material mit guten Wärmeableitungsmerkmalen gebildet, z. B. aus Aluminiumguß Bevorzugt ist, daß das Formbehältnis 38 ferner einen Wassermantel 45 o. ä. aufweist, um die gewünschte Temperatur der Form 36 zu regulieren (siehe Fig. 4). Die Mischung aus ungehärteter Polyesterverstärkung und Füllmittel wird in das Formbehältnis 38 aus dem Polymerzufuhrschlauch 34 in eine Formöf fnung 46 eingeleitet, die sich etwa in der geometrischen Mitte eines Abschnitts des Formbehältnisses 38 zum Formen des Wannenbodens befindet. Gemäß Fig. 3 weist die Innenfläche 44 des Formbehältnisses 38 eine rechtwinklige Vertiefung 48 mit geeigneter Abmessung auf, um die Wannenbodenbewehrung 16 festzuhalten, vorzugsweise eine rechtwinklige Holzspanplatte oder alternativ Spanplatte, Sperrholz, Holzbohle, Faserplatte oder ein Verbund-, Kunststoff-, Faserglasoder anderes geeignetes gewichtstragendes konstruktives Bewehrungsmaterial. Zweckmäßig kann das Formbehältnis auch (nicht gezeigte) Positionierer oder Schlitze zum Festhalten von Randstützen 18 aufweisen, die vorzugsweise Holzbewehrungsleisten (25,4 mm (1") mal 25,4 mm (1")) gemäß Fig. 1 aufweisen.
Infolge des in der Erfindung genutzten Niederdruck-Formgebungsverfahrens sind Formabdichtungen nicht erforderlich und können strenggenommen den Fluß der Mischung aus ungesättigtem Polyesterharz und Füllmittel in den Hohlraum behindem, der zwischen der Nichtsichtseite 21 der Acrylschale 12 und der Innenfläche 44 des Formbehältnisses 38 gebildet ist. Wegen des Fehlens von Formabdichtungen kommt es zu einem gewissen Überlauf von Polyesterverstärkungsmaterial 14 und zum Anhaften des gehärteten Verstärkungsmaterials an Abschnitten des Formbehältnisses 38 infolge des Formgebungs- und Härteverfahrens. Folglich werden normalerweise keine hydraulischen Hubvorrichtungen verwendet. Anstelle dessen wird nach ausreichendem Härten der Polyesterverstärkung 14 die geformte Wanne aus dem Formbehältnis 38 gelöst oder herausgeschnitten und manuell entnommen.
Wie ferner in Fig. 4 dargestellt ist, weist die Form 36 außerdem eine Schalenstütz- und Formschließeinrichtung 40 auf, mit der die Form der dünnen Acrylschale 12 während des Formgebungsverfahrens beibehalten wird. Außerdem hält die Schalenstütz- und Formschließeinrichtung 40 die Acrylschale 12 in richtiger Orientierung im Formbehältnis 38. Die Form 36 kann durch eine geeignete Einrichtung geschlossen gehalten werden, wobei jedoch durch die in der Erfindung verwendeten niedrigen Form- und Härtedrücke keine teuren Hydraulikformpressen eingesetzt zu werden brauchen, die normalerweise bei der RIM- und RRIM-Formgebung notwendig sind. Beispielsweise reichen vier C-Klammern 42, jeweils für 225 kg (500 lbs.) ausgelegt, völlig aus, die Form 36 im Verlauf des Formgebungs- und Härteverfahrens geschlossen zu halten.
In Fig. 4 ist die Form 36 in der offenen Position näher veranschaulicht, wobei das Formbehältnis 38 sowie die Schalenstütz- und Formschließeinrichtung 40 gezeigt sind, die auf geeignete Weise über dem Formbehältnis durch eine Formöffnungs- und Hubeinrichtung gehalten wird, z. B. durch einen Kettenzug 50. Alternativ können andere Formöffnungs- und Schließeinrichtungen, z. B. Schwenk- oder Hebelsysteme, elektromechanische oder hydraulische Formklammern, anstelle des Kettenzugs 50 und der Klammern 42 während des Formgebungsverfahrens der Erfindung zum Einsatz kommen.
Gemäß Fig. 4 ist die Schalenstütz- und Formschließeinrichtung 40 normalerweise aus einem Aluminiumgußkern 52 gebildet, der mit einer Urethanhaut 54 überzogen ist. Die Schalenstütz- und Formschließeinrichtung 40 stimmt mit der Form der Sichtseite 20 der Acrylschale 12 überein und stützt diese, ohne die polierte Oberfläche zu zerkratzen oder anderweitig zu beschädigen. Vorgesehen sind Teflonstreifen 56 oder andere nicht scheuernde Materialien um den Umfang der Urethanhaut 12 zum Berühren und Drücken eines Randabschnitts der Acrylschale 12 in Richtung auf das Formbehältnis 38 während des Formgebungsverfahrens, ohne Schaden an der Sichtseite 20 des Randabschnitts der Acrylschale 12 zu verursachen. Eine nähere Beschreibung weiterer geeigneter Formgebungsvorrichtungen, die zur Verwendung mit der Erfindung angepaßt werden können, findet sich in der dem gleichen Rechtsnachfolger übertragenen, gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung Nr. 07/467384, erteilt am 24. September 1991.
Gemäß dem Verfahren der Erfindung wird die Acrylschale 12 aus einer Acryl-Zellgießbahn, vorzugsweise aus Polymethylmethacrylat, gebildet und hat eine hochglanzpolierte Sichtseite und eine Nichtsichtseite. Vorzugsweise hat die Acrylschale 12 eine Dicke von etwa 3,2 Millimetern. Die Acrylbahn kann aus anderen Materialien hergestellt sein, z. B. den in den US-A-4844955 und 4844944 beschriebenen. Unter Einsatz einer bekannten Vakuum-Warmformvorrichtung wird die Acrylbahn in die gewünschte Form der Acrylschale 12 gemäß Fig. 5A warmgeformt.
Vorzugsweise kann die warmgeformte Acrylschale 12 auf der Nichtsichtseite 21 mit einer Bindungsgrundierzusammensetzung (Primer) behandelt werden. Eine geeignete Grundierzusammensetzung weist eine Grundierung AP-134 auf Silanbasis auf, die von der Firma Lord Corp., Ene, Pennsylvania hergestellt wird. Sie enthält eine Silanverbindung mit einer 10 %igen Konzentration in einem Lösungsmittel aus 75 % Toluol, 5 % Butanol, 5 % 2-Butoxyethanol und 5 % Ethylalkohol. Eine geeignete Silanverbindung ist 3[2(Vinylbenzylamino)ethylamino] propyltrimethoxysilan mit einer bevorzugten Konzentration von 10 %, wenngleich die Konzentration dieser Silanverbindung im Bereich von etwa 1 % bis etwa 20 %, vorzugsweise etwa 5 % bis etwa 15 % liegen kann. Am stärksten bevorzugt ist, daß die Silangrundierung AP-134 in einer Konzentration von 1 Gew.-% mit 1 % Wasser, 9,8 % Styrol, 29,4 % Methylenchlorid und 58,8 % Methylmethacrylat gemischt ist. Die Konzentration dieser Komponenten kann im Bereich von etwa 0,1 % bis 10 %, vorzugsweise etwa 0,5 % bis etwa 2 % Silangrundierung, z. B. AP- 134; von etwa 0,1 % bis etwa 10 %, vorzugsweise etwa 0,5 % bis etwa 2 % Wasser; von etwa 0,1 % bis etwa 98 %, vorzugsweise etwa 5 % bis etwa 15 % Styrol; von etwa 2,5 % bis etwa 98 %, vorzugsweise etwa 25 % bis etwa 35 % Methylenchlorid und von etwa 98 % bis etwa 5 %, vorzugsweise etwa 70 % bis etwa 40 % Methylmethacrylat liegen.
Die Grundierlösung fördert die Vernetzung und verbessert die Bindung zwischen der polyesterbewehrten Verstärkung und der Nichtsichtseite 21 der Acrylschale, wodurch die Entnahmezeiten aus der Form verkürzt werden. Andere als Bindungsgrundierlösungen nützliche Zusammensetzungen sind in den vorgenannten US-A-4844955 und 4844944 (Graefe et al.) beschrieben. Allerdings ist bei längeren Zeiten bis zur Entnahme aus der Form oder bei ausreichend auftretender Bindung im Schritt zum Aufspritzen der Bewehrung die Bindungsgrundierung nicht notwendig.
Die warmgeformte und vorzugsweise grundierte Acrylschale 12 wird mit einer harzhaltigen Mischung aus Fasermaterial bewehrt, das gehacktes Faserglas, Keramikfasern, Borfasern, Graphit- oder Kohlenstoffasern, Wollastonitfasern oder aromatische Polyamidfasern aufweist. Bevorzugt ist, daß die Bewehrungsmaterialien eine aufgespritzte oder aufgewalzte Mischung aus gehacktem Faserglas von etwa 10 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-%, vorzugsweise etwa 15 Gew.-% bis etwa 35 Gew.-% und am stärksten bevorzugt etwa 30 Gew.-%; und Polyesterharz von etwa 60 Gew.-% bis etwa 90 Gew.-%, vorzugsweise etwa 85 Gew.-% bis etwa 75 Gew.-% und am stärksten bevorzugt etwa 70 Gew.-% aufweisen. Normalerweise wird das aufgespritzte Faserglas als glasfaserbewehrter bzw. -verstärkter Kunststoff (FRP) oder glasbewehrter bzw. -verstärkter Kunststoff (GRP) bezeichnet.
Vorzugsweise weist das Polyesterharz eine Mischung aus einem harten bzw. steifen oder starren ungesättigten Polyesterharz und einem Styrolmonomer mit der Bezeichnung 31-439 der Firma Reichhold Corp. auf. Das Polyesterharz kann auch ein weiches bzw. flexibles ungesättigtes Harz mit der Bezeichnung 97-088 der Firma Reichhold Corp. und ein Styrolmonomer aufweisen. Das Polyesterharz wird mit einem Härtungs- oder Vernetzungsbeschleuniger kombiniert, der etwa 0,01 % bis etwa 1 %, vorzugsweise etwa 0,05 % bis etwa 0,5 %, am stärksten bevorzugt etwa 0,2 % Cobaltnaphthanat und etwa 0,1 % bis etwa 5 %, vorzugsweise etwa 0,5 bis etwa 3 %, am stärksten bevorzugt etwa 1 % Methylethylketonperoxid enthält, wobei die Prozentangaben nur auf dem Harzgewicht beruhen. Normalerweise wird die Mischung aus Harz und gehacktem Faserglas durch eine geeignete Spritzausrüstung aufgetragen, z. B. das Venus Modell HI SSCW 2100, hergestellt von der Firma Venus-Gusmer Corp., Kent, Washington. Nach etwa einstündigem Härten wird die bewehrte Acrylschale 58 gemäß Fig. 5B in das Formbehältnis 38 gegeben, wobei die gewichtstragenden Bewehrungsstrukturen 16 und 18 unter dem Wannenboden bzw. den Randbereichen angeordnet sind.
Vorzugsweise wird die Acrylschale 12 gemäß der vorstehenden Beschreibung grundiert und mit einem Matten- oder Gewebefaserbewehrungsmaterial bewehrt. Bevorzugt ist, daß das Matten- oder Gewebefaserbewehrungsmaterial eine Faserglasmatte mit 472,5 g/m² (1 1/2 Unzen je Quadratfuß) ist. Das Faserbewehrungsmaterial wird im Formbehältnis angeordnet, vorzugsweise unter dem gewichtstragenden Bodenstützbrett 16, und eine weitere Faserbewehrungsmatte wird über dem Bewehrungsbrett 16 und unter dem Boden der Schale 12 angeordnet. Im Verlauf des Formgebungsschritts wird die Faserglas- oder ähnliche Matte aus Faserbewehrungsmaterial mit der Acrylschale 12 verklebt. Eine weitere Alternative ist, daß das Faserbewehrungsmaterial vor dem Formgebungsschritt vorgeformt und als einzelne Einheit im Formbehältnis 38 angeordnet wird, bevor das Bewehrungsbrett 16 und die Acrylschale 12 in das Formbehältnis 38 gegeben werden. Das Faserglasbewehrungsmaterial kann vorgeformt werden, indem ein warmformbares Faserglas- und Kunststoffverbundmaterial oder ein ähnliches Faserverbundmaterial mit Warmformtechniken verwendet wird, die dem Fachmann bekannt sind. Alternativ kann das Vorformen durch Aufspritzen einer harzhaltigen Mischung aus gehacktem Faserglas oder anderen Fasern auf ein geformtes Sieb oder Gitter durch bekannte Techniken erfolgen.
Nach geeigneter Anordnung der Acrylschale im Formbehältnis wird die Form 36 geschlossen, indem die urethanbeschichtete Oberfläche 54 und die Teflonstreifen 56 der Schalenstütz- und Formschließeinrichtung 40 in geeignete Berührung mit der Sichtseite 21 der Acrylschale 12 gebracht werden. Um eine ausreichende Entlüftung vorzusehen, wird die Form auf geeignete Weise durch vier C-Klammern 42 für hohe Beanspruchungen verklammert, um die Schalenstütz- und Formschließeinrichtung 40 am Formbehältnis 38 zu befestigen. Nach Befestigung und ordnungsgemäßer Entlüftung der Form wird die Temperatur der Form zwischen 311 ºK und 322 ºK (100 ºF und 120 ºF) unter Verwendung des Wassermantels 45 im Formbehältnis 38 stabilisiert.
Das im folgenden beschriebene, mit Niederdruck arbeitende Harztransfer-Formgebungsverfahren (LPRTM) eignet sich zur Verwendung in der ersten und zweiten Ausführungsform der Erfindung. Allerdings können auch andere Niederdruckeinspritz-, Schwerkraftgieß- oder Verdrängungsformgebungsverfahren zweckmaßig zur Verwendung in der Erfindung angepaßt werden. Im folgenden ist auch die bevorzugte Formulierung aus Harz, Füllmittel und Katalysator beschrieben.
Normalerweise werden etwa 45 kg (100 lbs.) Material im Mischer 26 gemischt. Die am stärksten bevorzugte Formulierung aus Polyesterharz und Füllmittel weist die folgenden Prozentsätze auf Gewichtsgrundlage auf: 35,20 % hartes bzw. steifes ungesättigtes Polyesterharz und Styrolmonomer, vertrieben unter der Bezeichnung Reichhold 31-439; 11,90 % weiches bzw. flexibles ungesättigtes Polyesterharz und Styrolmonomer, vertrieben unter der Bezeichnung Reichhold 97-088; 2,48 % Styrolmonomer; 49,6 % Calciumcarbonat (Füllmittel), vertrieben unter der Bezeichnung Vicron 15-15; 0,6 % Dimethylparatoluiden (DMPT) (Aktivieren Beschleuniger); 0,76 % Benzoylperoxid, vertrieben unter der Bezeichnung Cadox 40 E (40 %ige Benzylperoxidlösung). Bevorzugt ist, daß die Kombination aus Materialien in einem Bereich von etwa 0 % bis etwa 98 %, vorzugsweise etwa 25 % bis etwa 45 % Reichhold 31-439; von etwa 98 % bis etwa 0 %, vorzugsweise etwa 20 % bis etwa 5 % Reichhold 97-088; von etwa 0 % bis etwa 40 %, vorzugsweise etwa 1 % bis etwa 10 % Styrol; von etwa 0 % bis etwa 75 %, vorzugsweise etwa 40 % bis etwa 60 % Vicron 15-15; von etwa 0,05 % bis etwa 5 %, vorzugsweise etwa 0,2 % bis etwa 1 % DMPT; und von etwa 0,05 % bis etwa 5 %, vorzugsweise etwa 0,2 % bis etwa 2 % Cadox 40E liegt.
Das Verhältnis von Harz zu Füllmittel kann je nach Art des verwendeten Füllmittels und der Teilchengröße des Füllmittels von überhaupt keinem Füllmittel bis 1:30 reichen. Vorzugsweise kann das Verhältnis von Harz zu Füllmittel etwa 2:1 bis etwa 1:3 betragen. Andere Füllmittel können zusätzlich zu Calciumcarbonat oder anstelle dessen zugegeben sein, u. a. Aluminiumtrihydrat, Glaskugeln, Sand, Keramik, Glimmer, Talk, Siliciumoxid und andere geeignete Füllmaterialien. Verschiedene andere Füllmittel sind in den US-A-4844955 und 4844944 (Graefe et al.) beschrieben. Wenngleich die bevorzugte Polyesterharzmischung nicht auf geschäumt ist, können Schäummittel genutzt werden, um das Gewicht des geformten Verbundartikels zu senken.
Zusätzlich können andere Polyestermischungen mit zusätzlichen Füllmitteln, Schäummitteln und anderen Katalysatoren verwendet werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, solange die Formulierungen aus Harz und Katalysator ausreichen Zeit zum Aushärten haben, damit eine Niederdruckformgebung des Formartikels der Erfindung erfolgen kann. Die Verwendung von Isocyanat im Harzsystem ist unerwünscht, da solche Verbindungen den Aushärteprozeß so stark beschleunigen, daß Formgebungsverfahren mit hohem Druck und hoher Geschwindigkeit, z. B. RIM oder RRIM, erforderlich sind, was den Einsatz teurer Hochdruck-Formgebungsvorrichtungen für RRIM und RIM notwendig macht.
Zu anderen geeigneten wärmehärtbaren Polymermaterialien können u. a. Epoxidharz, Acryl- und Vinylester sowie deren Mischungen gehören, die kein Isocyanat enthalten. Für die Erfindung nützliche weitere Harzzusammensetzungen sind auch in den vorgenannten US-A-4844944 und 4844955 (Graefe et al.) beschrieben.
Bei der Herstellung eines Polyesterharzes werden das steife ungesättigte Polyesterharz und das flexible ungesättigte Polyesterharz im Mischer 26 gemischt, wonach das Styrolmonomer zugegeben wird. Außerdem wird DMPT zugegeben und gründlich gemischt, und danach wird das Füllmaterial, z. B. Calciumcarbonat, normalerweise etwa 45 Minuten bis 1 1/2 Stunden gemischt. Anschließend werden 45 kg (100 lbs.) in den ausgekleideten Druckkessel 29 abgegeben. Etwa 0,337 kg (3/4 lbs.) Vernetzungsbeschleuniger aus Benzoylperoxid (Cadox 40E) werden zugegeben und etwa eine Minute gemischt. Der Druckkessel 29 wird geschlossen und über die Druckluftquelle 30 auf etwa 0,348 kg/cm² (5 psi) unter Druck gesetzt. Das Drosselventil 32 wird geöffnet, und der Luftdruck zum Druckkessel 29 wird auf etwa 0,697 kg/cm² (10 psi) erhöht. Der Luftdruck wird kontinuierlich um etwa 0,348 kg/cm² (5 psi) in Abständen von einer Minute bis auf einen Druck von etwa 1,395 kg/cm² (20 psi) bis etwa 1,744 kg/cm² (25 psi) erhöht, und der Druck wird aufrechterhalten, bis die Form gefüllt ist.
Nachdem die Form gefüllt ist und etwas Harzmischung austritt, wird das Drosselventil geschlossen, und die Klammern werden angezogen, um die Form abzudichten.
Anschließend wird der Formartikel gehärtet. Die Härtezeit für die vorstehend beschriebene Mischung beträgt nach Füllen der Form etwa 2 Minuten bis 22 Minuten, vorzugsweise etwa 2 Minuten bis etwa 6 Minuten, wobei jedoch die geformte Struktur länger in der Form bleiben kann. Wird die Grundierung (Primer) auf Silanbasis nicht genutzt, kann das Härten im Bereich von etwa 45 Minuten bis 8 oder mehr Stunden erfolgen, wenn über Nacht gehärtet wird. Die längeren Härtezeiten ergeben eine stärkere Bindung zwischen dem Polyesterharz und der Nichtsichtseite 21 der Acrylschale. Nach Abschluß des Härtens wird die Form 36 geöffnet, und die Schalenstütz- und Formschließeinrichtung 40 wird entfernt. Übergelaufenes gehärtetes Polyesterharz, das an der Außenseite des Formbehältnisses haftet, wird weggeschnitten, und die geformte Badewanne 10 wird aus dem Formbehältnis 38 entnommen.
Gemäß Fig. 6 wird an der frisch aus der Form entnommenen Badewanne 10 überschüssiges gehärtetes Polyesterverstärkungsmaterial 14 mit geeigneten Ausrüstungen abgeschnitten, z. B. einem Entgratetisch 60 und einer waagerecht angeordneten Kreissäge 62. Die fertiggestellte polyesterverstärkte Verbundbadewanne 10 der ersten und zweiten Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 7A bis 7C gezeigt. Blindbolzen 22 und Füße 24 gemäß Fig. 1 und 6 werden auf der Bodenfläche der Badewanne durch die geformte Polyesterverstärkung 14 und in das Bodenstützbrett 16 eingesetzt.
Die Acrylschale 12 kann eine Dicke von etwa 3,2 Millimetern haben, während die Faserbewehrung in der Messung von der Nichtsichtseite 21 der Schale normalerweise etwa 1,0 bis 2, Millimeter beträgt. Normalerweise beträgt die Gesamtdicke der geformten Badewanne etwa 8 bis 10 Millimeter am Seitenwandbereich und etwa 20 bis 25 Millimeter am Bodenbereich. Die Gesamtdicke des Randbereichs kann etwa 5 Millimeter bis etwa 35 Millimeter, vorzugsweise etwa 8 Millimeter bis etwa 30 Millimeter, betragen. Normalerweise beträgt die Dicke des geformten Polyestermaterials in den Wänden etwa 4,4 bis etwa 7 Millimeter. Die bevorzugte gewichtstragende Bewehrungsstruktur zum Stützen des Wannenbodens ist normalerweise aus einer Spanholzplatte, Spanplatte, Sperrholz- oder Holzbohle mit einer bevorzugten Dicke von etwa 11,11 mm (7/16 Inch) hergestellt, wobei jedoch die Dicke etwa 6,35 mm (1/4 Inch) bis etwa 12,7 mm (1/2 Inch) je nach gewünschter Dicke des Bodens des Formartikels und seiner darunterliegenden Verstärkung betragen kann. Die bevorzugten Randstützen sind normalerweise Holzleisten mit 25,4 mm x 25,4 mm (1 Inch x 1 Inch) gemäß Fig. 1.
Im folgenden wird auf Fig. 8 Bezug genommen, die eine geformte Verbundstruktur zeigt, die erfindungsgemäß aufgebaut und angeordnet ist. Bevorzugt ist, daß die geformte Verbundstruktur die Konfiguration einer Badewanne 70 hat, die der zuvor beschriebenen Badewanne 10 ähnelt. Die Badewanne 70 weist eine Polymerschale auf, vorzugsweise eine warmformbare Schale, wobei eine Acrylschale 71 mit einer polierten Sichtseite 72, die normalerweise zum Benutzer weist, am stärksten bevorzugt ist. Außerdem weist die Acrylschale 71 eine Nichtsichtseite 73 auf, die direkt mit einer wärmehärtbaren isocyanatfreien Polymerverstärkung verbunden ist. Vorzugsweise ist die wärmehärtbare Polymerverstärkung ein gemischtes Verstärkungsmaterial 74.
Im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen erfordert das Verfahren und die Vorrichtung zur Herstellung der Ausführungsform der Erfindung nicht die Verwendung eines Faserbewehrungsmaterials, das an die Acrylschale 71 angeformt ist. Dagegen hat die Nichtsichtseite der Acrylschale 71 eine Oberfläche gemäß Fig. 5A und weist keinen Auftrag aus aufgespritztem Faserglas gemäß Fig. 5B auf. Außerdem weist die Ausführungsform der Erfindung keine Faserbewehrungseinrichtung 16, Randstützeinrichtung 18, Blindbolzen 22 oder Füße 24 auf. Zudem erfordert sie keinen Silan-Haftvermittler, der herkömmlich zur chemischen Bindung von Kunststoff an eine Schale zum Einsatz kam.
Fig. 9 ist ein schematischer Ablaufplan zur Veranschaulichung der bevorzugten Flüssigeinspritz- und Formgebungsvorrichtung 80, die zur Verwendung im Formgebungsverfahren der Erfindung geeignet ist. Die Formgebungsvorrichtung 80 weist eine Trommel 91 o. ä. auf, die eine Mischung aus primärem Polyesterharz, Füllmittel und gewünschten Fließmitteln enthält. Die Mischung wird aufgeteilt und gleichmäßig über Polymerzufuhrschläuche 92, 93 zu einer Amineinspritzeinheit 82 bzw. Peroxideinspritzeinheit 86 verteilt.
Die Amineinspritzeinheit 82 und Peroxideinspritzeinheit 86 weisen Pumpen für die Einspritzeinheiten auf, die das richtige Verhältnis der beiden Mischungen abmessen und zu einem statischen Mischer 89 führen. Zudem weisen die Einspritzeinheiten 82, 86 hydraulische Dosierer auf, die Druckluft in hydraulische Leistung umwandeln, um die Pumpen der Einspritzeinheiten anzutreiben.
Die Mischung aus dem Polymerzufuhrschlauch 92 wird mit einem Beschleuniger in der Amineinspritzeinheit 82 gemischt. Ähnlich wird die Mischung aus dem Polymerzufuhrschlauch 93 mit einem Katalysator in der Peroxideinspritzeinheit 86 kombiniert. Beide Mischungen werden zu einer Auslegeranordnung 81 über Polymerzufuhrschläuche 83, 87 transportiert. Die Auslegeranordnung 81 weist einen Mischkopf und eine Stütze für die Polymerzufuhrschläuche 83, 87 auf. Außerdem kann durch die Auslegeranordnung 81 der statische Mischer 89 bei der Herstellung von einer Form zur nächsten Form bewegt werden.
Die Mischungen, die noch immer getrennt sind, werden danach von der Auslegeranordnung 81 zum statischen Mischer 89 über Polymerzufuhrschläuche 84, 88 transportiert, wo sich das Amin- und Peroxidharz erstmalig berühren und miteinander vermischen. Durch den statischen Mischer 89 erfolgt eine gründliche und gleichmäßige Durchmischung der Mischungen aus der Amineinspritzeinheit 82 und Peroxideinspritzeinheit 86, so daß eine chemische Reaktion eingeleitet wird.
Die gemischte Mischung verläßt den statischen Mischer 89 über einen Polymerzufuhrschlauch 94 zu einer Form 98. Wie ferner in Fig. 9 gezeigt ist, ist die Form 98 umgekehrt, so daß ein Formbehältnis 99 unterhalb einer Formschließeinrichtung 96 und von Klammern 97 positioniert ist. Dadurch kann die Polymerharzmischung in die Form 98 durch Schwerkraft eingespritzt werden. Die Mischung ist gründlich gemischt, wenn sie die Form 98 erreicht. Die Form 98 wird gefüllt, und innerhalb von 2 1/2 bis 3 Minuten nach Auslösung der chemischen Reaktion bildet das flüssige Harz ein Gel. Innerhalb von etwa 9 Minuten ist das Material ausreichend gehärtet, um die Verbundstruktur aus der Form entnehmen zu können. Folglich läßt sich ein Zyklus gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung innerhalb von etwa 15 Minuten abschließen.
Nach ausreichendem Härten des Materials dient ein Druckluftstrahl von der Patrizenseite der Form zum Lösen des die geformte Struktur enthaltenden Matrizenteils. Auswerfmechanismen am Matrizenteil kommen zum Trennen des Patrizen- und Matrizenteils zum Einsatz. Der normale Betriebsablauf setzt sich fort, bis eine Spülung mit Lösungsmittel notwendig wird, um überschüssiges Material aus dem statischen Mixer 89 vor Erstarren der Mischung zu entfernen.
Das bei der Herstellung geformter Verbundstrukturen gemäß der Erfindung verwendete Verfahren hat mehrere Vorteile gegenüber anderen Ausführungsformen sowie bekannten Techniken. Erstens werden die Mischungen aus der Amineinspritzeinheit 82 und der Peroxideinspritzeinheit 86 getrennt gehalten, bis sie in den statischen Mischer 89 eintreten. Dadurch wird das System als Flüssigkeit aufrechterhalten, und Verunreinigungen werden vermieden. Zudem wird die Reaktionszeit ohne Verwendung von Isocyanat verkürzt. Folglich steigt die Rationalität der Herstellung, ohne daß dazu teure Hochdruckvorrichtungen zur RRIM- oder RIM-Formgebung erforderlich sind.
Zweitens beseitigt das erfindungsgemäß eingesetzte Verfahren die Notwendigkeit, eine an die Acrylschale 70 gebundene Faserbewehrungsschicht zu verwenden. Grund dafür ist die Verwendung der Amineinspritzeinheit 82 und Peroxideinspritzeinheit 86 zur Erzeugung freier Radikale. Die freien Radikale reagieren mit freien Stellen am Polyester, wodurch das Styrol während des Formgebungsverfahrens vernetzen kann. Der Wegfall des Faserbewehrungsmaterials stellt ein Produkt mit verbessertem Aussehen der Oberfläche bereit. Zusätzlich erfordert die gemäß der dritten Ausführungsform hergestellte geformte Verbundstruktur keine Holzeinsätze.
Drittens sind Silan-Haftvermittler, die bisher zur chemischen Bindung von Kunststoff an die Schale durch Erzeugung chemischer Bindungen verwendet wurden, nicht mehr notwendig. Dadurch werden viele der Nachteile beseitigt, die bislang mit der Verwendung von Silangrundierungen zusammenhingen. Ein solcher Nachteil trat dort auf, wo Herstellungsbedingungen Silangrundierungen unwirksam machen, weil das Lösungsmittel oder der Träger zu schnell trocknet, wodurch es vor Bindung zu vollständiger Hydrolyse zu Silanol kommt. Dadurch wird die Bindung unwirksam.
Viertens sind das Formbehältnis 38 sowie die Schalenstütz- und Formschließeinrichtung 40 normalerweise aus Aluminiumguß hergestellt, was zuvor diskutiert wurde. Dagegen kann durch die Erfindung eine leichte, aber steife Polyesterverbundstruktur für die Form zum Einsatz kommen, z. B. ein Patrizen- und Matrizenteil, die aus Polyesterschichten, imprägniertem Glas und dazwischen eingefügtem gemasertem Balsaholz gebildet sind. Dadurch verringert das Verfahren zur Herstellung einer geformten Verbundstruktur gemäß der Erfindung die Notwendigkeit hoher Investitionen in Metall- bzw. Hartwerkzeuge. Zudem ist die Verbundstruktur leicht. Dadurch senkt die geringere Verwendung der Hartwerkzeuge und das Formgebungsverfahren im Verfahren zur Herstellung der geformten Acrylverbundstruktur der dritten Ausführungsform der Erfindung Herstellungskosten bei gleichzeitiger Erhöhung der Rationalität der Herstellung.
Deutlich wird, daß die vorgenannten Aufgaben, u. a. die aus der vorherigen Beschreibung hervorgehenden, wirksam gelöst werden; und da bestimmte Änderungen an der Durchführung des vorgenannten Verfahrens und an der zuvor beschriebenen Vorrichtung vorgenommen werden können, ist alles, was in der vorherigen Beschreibung enthalten und in den beigefügten Zeichnungen gezeigt ist, als Veranschaulichung und nicht als Einschränkung aufzufassen.
Verständlich ist auch, daß die nachfolgenden Ansprüche alle allgemeinen und spezifischen Merkmale der hierin beschriebenen Erfindung sowie alle Aussagen zum Schutzumfang der Erfindung erfassen sollen, die sprachlich durch sie zum Ausdruck kommen.

Claims

1. Selbsttragende Polymerverbund-Sanitärvorrichtung mit: einer einzelnen Polymerschalenschicht (71) mit einer Sichtseite (72) und einer Nichtsichtseite (73); und einer einzelnen vernetzten wärmehärtbaren Polymerverstärkungsschicht (74), die gleichzeitig geformt wird, um init der Form der Polymerschalenschicht übereinzustimmen und mit im wesentlichen der gesamten Nichtsichtseite (73) der Polymerschalenschicht (71) direkt verbunden zu werden, wobei die wärmehärtbare Polymerverstärkungsschicht (74) mindestens eine Komponente aufweist, die ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Polyester, Epoxidharz, Acrylharz, Vinylestern und deren Mischungen besteht, wobei die vernetzte wärmehärtbare Polymerverstärkungsschicht (74) ausreichende konstruktive Festigkeit hat, wodurch die Notwendigkeit zusätzlicher Bewehrungsschichten entfällt.

2. Polymerverbundstruktur nach Anspruch 1, wobei die vernetzte wärmehärtbare Polymerverstärkungsschicht (74) direkt an die Polymerschalenschicht (71) ohne Verwendung eines Haftvermittlers gebunden ist.

3. Polymerverbundstruktur nach Anspruch 1, wobei die Polymerschalenschicht (71) ein Acrylpolymer von Polymethylmethacrylat ist.

4. Polymerverbundstruktur nach Anspruch 1, wobei die vernetzte wärmehärtbare Verstärkungsschicht (74) vor dem Härten ein starres ungesättigtes Polyesterharz, ein flexibles ungesättigtes Polyesterharz, einen Härtungsbeschleuniger, einen Peroxidvernetzungsbeschleuniger und ein Füllmittel in einem Verhältnis von etwa 2:1 Harz zu Füllmittel bis zu etwa einem Verhältnis von etwa 1:30 Harz zu Füllmittel aufweist.

5. Polymerverbundstruktur nach Anspruch 4, wobei das Füllmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Calciumcarbonat, Aluminiumtrihydrat, Glaskugeln, Sand, Keramik, Glimmer, Talk, Siliziumoxid und deren Mischungen besteht.

6. Polymerverbundstruktur nach Anspruch 1 mit der Konfiguration einer Badewanne (70).

7. Verfahren zur Herstellung einer selbsttragenden Polymerverbundstruktur mit den folgenden Schritten:

Formen einer Polymerschale (71) mit einer Sichtseite (72) und einer Nichtsichtseite (73) in eine geeignete Form;

Anordnen der Polymerschale (71) in einer Form (98); Mischen eines Polyesterharzes, eines Füllmittels sowie von Fließmitteln, um eine erste Mischung zu bilden, Aufteilen der Mischung in einen ersten und zweiten gleichen Teil, Mischen des ersten Teils mit einem Beschleuniger und Mischen des zweiten Teils mit einem Katalysator, Vermischen des ersten Teils und des zweiten Teils, um eine ungehärtete gemischte zweite Mischung aus ungesättigtem wärmehärtbarem Polymerverstärkungsmaterial und Vernetzungsbeschleuniger zu bilden;

Einleiten der ungehärteten gemischten zweiten Mischung aus ungesättigtem wärmehärtbarem Polymerverstärkungsmaterial und Vernetzungsbeschleuniger in die Form (98), um das Verstärkungsmaterial zu zwingen, direkt die Nichtsichtseite (73) der Schale (71) zu überziehen; und Härten des geformten wärmehärtbaren Polymerverstärkungsmaterials bei einer geeigneten Temperatur und für eine ausreichende Zeit, damit das wärmehärtbare Polymermaterial härten und vernetzen sowie sich direkt an die Nichtsichtseite der Polymerschale binden kann, um eine Entnahme der Verbundstruktur aus der Form ohne Beschädigung zu ermöglichen.

8. Verfahren zur Herstellung einer Polymerverbundstruktur nach Anspruch 7, wobei das wärmehärtbare Polymerverstärkungsmaterial eine Mischung aus starrem ungesättigtem Polyesterharz, flexiblem ungesättigtem Polyesterharz, Härtungsbeschleuniger, Peroxidvernetzungsbeschleuniger und einem Füllmittel in einem Verhältnis von etwa 2:1 Harz zu Füllmittel bis etwa 1:30 Harz zu Füllmittel aufweist.

9. Verfahren zur Herstellung einer Polymerverbundstruktur nach Anspruch 8, wobei das Füllmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Calciumcarbonat, Aluminiumtrihydrat, Glaskugeln, Sand, Keramik, Glimmer, Talk, Siliziumoxid und deren Mischungen besteht.

10. Verfahren zur Herstellung einer Polymerverbundstruktur nach Anspruch 8, wobei das wärmehärtbare Polymerharzmaterial ferner ein Schäummittel zum Verringern der Dichte des Verstärkungsmaterials aufweist.

11. Verfahren zur Herstellung einer Polymerverbundstruktur nach Anspruch 7, wobei das wärmehärtbare Polymerverstärkungsmaterial mindestens eine Komponente aufweist, die ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Polyester, Epoxidharz, Acrylharz, Vinylestem und deren Mischungen besteht.

12. Verfahren zur Herstellung einer Polymerverbundstruktur nach Anspruch 7, wobei das Vernetzen des wärmehärtbaren Polymermaterials zum direkten Binden an die Nichtsichtseite (73) der Polymerschale (71) keinen Haftvermittler aufweist.

13. Verfahren zur Herstellung einer Polymerverbundstruktur nach Anspruch 7, wobei die Verbundstruktur eine Konfiguration einer Badewanne (70) hat.