NL8701188A

NL8701188A - Sandwichmateriaal en werkwijze ter vervaardiging daarvan.

Info

Publication number: NL8701188A
Application number: NL8701188A
Authority: NL
Original assignee: Kunststofverwerkende Ind Katan
Priority date: 1987-05-18
Filing date: 1987-05-18
Publication date: 1988-12-16

Description

sf * NO 34473 1 « *

Korte aanduiding: Sandwichmateriaal en werkwijze ter vervaardiging daarvan.

In eerste instantie heeft de uitvinding betrekking op sandwichmateriaal gevormd door een kern uit licht kunststofschuim aan weerszijden bedekt met een kunststofhuid.

Het is bekend dat sandwichmateriaal met een schuim-5 kern en een kunststofhuid bij een laag gewicht een hoge buigstijfheid vertoont. In de literatuur beschreven sandwichmaterialen (zie bijvoorbeeld de Britse octrooiaanvrage 2.134.845) hebben een huid van thermo-hardend materiaal dat eventueel met vezels is versterkt. Dit gerede sandwichmateriaal is ongeschikt om een thermoplastische vervorming te 10 ondergaan.

Met de uitvinding wordt beoogd deze bezwaren te ondervangen en een licht stijf sandwichmateriaal te verschaffen dat thermoplastisch vervormd kan worden.

Volgens de uitvinding is het kunststofschuim en zijn 15 de beide kunststofhuiden bij hogere temperatuur verweekbaar waardoor vervorming wordt toegestaan.

Wezenlijk voor het met de uitvinding te verkrijgen effect is dat het huidmateriaal door verwarming zodanig verweekt dat het kan worden gerekt; het schuimmateriaal kan zodanig taai worden door 20 verwarming dat het kan worden vervormd en ter verkrijging van een plaatselijk hogere dichtheid in elkaar kan worden gedrukt. Bij het thermisch vervormen van het materiaal blijft de sandwichstructuur behouden. De thermoplastische huid kan met vezels versterkt zijn.

Het sandwichmateriaal volgens de uitvinding vertoont 25 behalve de genoemde voordelen van thermische vervormbaarheid, laag gewicht en grote stijfheid ook de volgende gunstige eigenschappen: hoge slagvastheid, goede isolatiewaarde, goede chemische bestendigheid, behoorlijke temperatuurbestendigheid, een groot toepassingsgebied.

Voorbeelden van thermisch vervormbare schuimmaterialen zijn poly-30 met'nacrylimide, polyvinylchloride en polyurethaan. Als thermoplastisch materiaal voor de sandwichhuiden kunnen bijvoorbeeld polyvinyl-chloriden, acrylonitrilbutadieen-styreen, polystyreen, polyvinyl-fluoride, polyvinylideenfluoride, polyprolyleen, polycarbonaat, poly-etherimide en polyethyleen worden gebruikt.

35 De vervaardiging van het sandwichmateriaal kan met verschillende methoden geschieden. Een eerste mogelijkheid is om huid 8701188 »

V

2 en kernmateriaal aan elkaar te verbinden door middel van een separate lijmlaag. Hiervoor komen in principe vele lijmsoorten in aanmerking.

Een geschikte lijm voor deze materialen moet voldoen aan de voorwaarde dat die vervormbaar is bij de temperatuur waarbij de sandwich vervormd 5 wordt. Indien de huid en kern moeilijk door middel van een separate lijmlaag te verbinden zijn verdient het de voorkeur dat in de twee oppervlakken van een schuimplaat uit thermoplastisch kunststofmateriaal insnijdingen of indrukkingen worden aangebracht, poeder van een thermoplastische kunststof zodanig op elk oppervlak van de schuimplaat wordt 10 aangebracht dat de indrukkingen of insnijdingen worden gevuld en zich op het betreffende schuimoppervlak een laag vormt en deze laag met een verwarmde plaat onder uitoefening van een lage druk tot een huid wordt gevormd. Indien de viscositeit van het huidmateriaal door verwarming voldoende laag is, kan zelfs zonder enig hulpmateriaal (lijm, poeder) 15 een verbinding tussen schuim en huidmateriaal tot stand worden gebracht.

Opgemerkt wordt dat het vervaardigen van de sandwich en het vormgeven tegelijkertijd kunnen plaats vinden. In het algemeen zal bij het vormgeven van een sandwichlichaam worden uitgegaan van een 20 tussenproduct in de vorm van een vlakke sandwich en zal dit tussen-product door verwarming worden verweekt zodat het in een mal (gewoonlijk een relatief goedkope enkelvoudige mal) de eindvorm kan krijgen.

De temperatuur waarbij de vervormbaarheid optreedt wordt zodanig gekozen, dat de schuimvormige kern taai vervormbaar is en niet 25 ontleedt, terwijl de huid tijdens de vormverandering een gesloten geheel blijft vormen.

De uitvinding betreft niet alleen het vlakke sandwichmateriaal doch ook het sandwichmateriaal dat ten minste gedeeltelijk thermisch is vervormd waarbij ten minste één van de huiden 30 plaatselijk is gerekt. Het schuim kan ter plaatse van het gerekte huiddeel in elkaar zijn gedrukt. De twee huiden kunnen, eventueel na verwijdering van schuim, zodanig naar elkaar zijn gebracht dat zij zijn samengevoegd.

Indien het gedeelte van in elkaar gedrukt schuim en 35 gerekte huid zich bij de rand van de sandwich bevindt wordt de mogelijkheid geschapen om een effectieve krachtinleiding in de huid te verkrijgen terwijl het schuim nauwelijks wordt belast. Deze rand kan verder worden bewerkt zoals bij plaatmateriaal gebruikelijk is.

Ook zou het gedeelte van in elkaar gedrukt schuim en 8701188 i 3 gerekte huid zich op afstand van de rand kunnen bevinden waarbij ter plaatse van de kleinste dikte van de sandwich een stevig bevestigingspunt wordt gecreëerd voor een boutverbinding. Deze boutverbinding dient bijvoorbeeld ter bevestiging van een profiel of dergelijke.

5 In het materiaal kan een blinde opening zijn aangebracht waarbij in die opening een kunststofplug is geplaatst die onder toepassing van wrijvingswarmte met het huidmateriaal is verbonden.

Ook het aan elkaar lassen van sandwichplaten is 10 mogelijk. Twee onder een hoek ten opzichte van elkaar staande sandwich-materialen zullen daarbij door in elkaar vloeien van huidmateriaal en eventueel onder toepassing van een lasdraad uit hetzelfde materiaal als de huid of equivalent materiaal, aan elkaar worden gelast.

Bijvoorbeeld in geval van een badkuip kan het nodig 15 zijn de sandwich van een afgeronde rand te voorzien. Met het sandwich-materiaal volgens de uitvinding kan deze rand gemakkelijk worden verkregen indien het materiaal wordt dubbelgevouwen.

Ook de randen van het sandwichmateriaal kunnen met thermoplastisch huidmateriaal zijn afgedekt. Hiertoe worden stroken 20 thermoplastisch materiaal aan de zijkant van de sandwich aan de huid gelast.

De uitvinding zal nu aan de hand van de figuren, waarin een aantal uitvoeringsvoorbeelden van het sandwichmateriaal volgens de uitvinding is weergegeven, nader worden toegelicht.

25 Figuur 1 toont een doorsnede van vlak sandwich- . materiaal volgens de uitvinding.

Figuur 2 toont een doorsnede van een uit het materiaal volgens figuur 1 gevormd lichaam.

Figuur 3 toont een doorsnede door sandwichmateriaal 30 met bevestigingspunt.

Figuur 4 toont een doorsnede door sandwichmateriaal met afgewerkte rand.

Figuur 5 toont een doorsnede door sandwichmateriaal met plug met binnenschroefdraad.

35 Figuur 6 toont een doorsnede door twee aan elkaar gelaste sandwichmaterialen.

Figuur 7 toont een doorsnede door een aan de rand dubbelgevouwen sandwich.

Figuur 8 toont een perspectivisch aanzicht van 8701168 4 sandwichmateriaal met een randbedekking.

Figuur 9 toont een perspectivisch aanzicht waarbij een voorkeursmethode ter vervaardiging van het sandwichmateriaal volgens de uitvinding wordt geïllustreerd.

5 Het in figuur 1 getoonde sandwichmateriaal omvat een schuimkern 1 uit kunststofmateriaal dat door verwarming taai vervormbaar wordt en twee huiden 2 uit een thermoplastisch vervormbaar massief kunststofmateriaal. Voorbeelden van toe te passen schuimmaterialen zijn polymetacrylimide, polyvinylchloride en polyurthaan. Als thermo-10 plastische huidmaterialen kunnen polyvinylideenfluoride, polypropyleen, polycarbonaat, polyetherimide en polyethyleen worden gebruikt.

Figuur 2 toont een voorbeeld van een uit het vlakke sandwichmateriaal volgens figuur 1 gevormd voorwerp. Door verwarming is de schuimkern taai vervormbaar gemaakt terwijl de viscositeit van de 15 huiden op een laag niveau is gebracht waardoor de sandwich in een enkelvoudige mal kan worden vervormd. Het huidmateriaal is aan de buitenzijde van de hoeken gerekt (zie pijlen). Sandwichstructuur en alle goede eigenschappen zijn behouden gebleven.

Figuur 3 toont een uit het vlakke sandwichmateriaal 20 gevormd lichaam waarbij door thermische vervorming de huiden naar elkaar zijn gebracht waarbij een bevestigingspunt voor een bout 3 is gecreëerd. Deze dient ter bevestiging van een profiel 4. De inleiding van krachten vindt plaats met een minimale belasting van het schuim.

Figuur 4 toont een stuk sandwichmateriaal met door 25 thermisch vervormn verkregen afgewerkte rand. Ook hier kan de inleiding van krachten plaats vinden met nagenoeg geen belasting van het schuim.

Figuur 5 toont een sandwichmateriaal waarbij in het materiaal door frezen of boren een blind gat is gemaakt waarbij het schuim geheel is verwijderd en een plug 5 met binnenschroefdraad uit 30 een thermoplastische kunststof eventueel met metalen inlage is aangebracht, waarbij door het draaien van de plug wrijvingswarmte is opgewekt die tot versmelting van het plugmateriaal met het huidmateriaal aan beide zijden heeft geleid.

Figuur 6 toont een lasverbinding tussen twee 35 sandwichplaten waarbij een lasdraad 6 uit hetzelfde materiaal als de huid 2 is gebruikt. Zo een lasdraad is niet altijd noodzakelijk. De met elkaar in aanraking zijnde huidmaterialen van beide sandwiches zijn versmolten.

Het sandwichmateriaal volgens figuur» 7 is na 8701188 v 5 * verwarming aan de rand dubbelgevouwen. Bij deel 7 is de buitenhuid gerekt en is het schuim in elkaar gedrukt. De binnenhuiden kunnen met elkaar zijn Verbonden. Dit dubbelgevouwen materiaal is bijvoorbeeld geschikt voor een badkuip met ronde rand.

5 Figuur 8 toont perspectivisch sandwichmateriaal waarvan een deel van de randen is bedekt met een strook materiaal van ongeveer dezelfde thermoplastische eigenschappen als de huiden. De stroken zijn door een hot-sealmethode, waarbij zowel de sandwich als de stroken zijn verwarmd, met de sandwich verbonden.

10 Figuur 9 illustreert een mogelijke vervaardigings- methode van het sandwichmateriaal volgens figuur I. In elk van de oppervlakken van de schuimkern worden evenwijdige gleuven gesneden in twee onderlinge loodrechte richtingen. Op elk oppervlak wordt achtereenvolgens zoveel poeder 10 uit thermoplastische kunststof 15 gestrooid dat de gleuven zijn gevuld en zich een laag van gelijkmatige dikte heeft gevormd. Tenslotte wordt een plaat op de poederlaag gedrukt en wordt de plaat tot de geschikte temperatuur (bijvoorbeeld 200°C) verwarmd. Na afkoeling van de plaat is een hechte verbinding van de gevormde huid met de schuimkern verkregen.

20 Indien voor het thermoplastische poeder een materiaal wordt gebruikt met een relatief hoog verwekingspunt ten opzichte van de temperatuur waartegen het kernmateriaal bestand is, dan moet men een zodanige snelle verhitting toepassen, dat het huidmateriaal een hogere temperatuur aanneemt dan het kernmateriaal. Dit geldt met name bij een 25 combinatie van polyetherimide als thermoplast en polymetacrylimide als schuimkern. De huid wordt daarbij verwarmd tot 250 - 310°C en het grootste deel van de kern mag niet warmer worden dan 200°C.

De uitvinding wordt verder toegelicht aan de hand van verdere voorbeelden.

30

Voorbeeld I

Een plaat polyvinylchloride schuimmateriaal met een dikte van 10 mm en een soortelijk gewicht van 55 kg/m^ wordt aan weerszijden bedekt met een lijmfolie uit polyurethaan van 0,1 mm dikte en 35 een plaat massief hard polyvinylchloride van 1 mm dikte. Dit samenstelsel werd vervolgens tussen twee metaalplaten gelegd waartussen een verlaagde druk werd gecreëerd, die het genoemde samenstel onder druk hield. Vervolgens werden de metaalplaten verhit tot een temperatuur van 130°C en deze temperatuur werd gehandhaafd gedurende 1 minuut, waarna 8701 188 6

'V

¥ het samenstel werd afgekoeld onder handhaving van genoemde druk.

. Aldus werd een vlakke sandwichstructuur gevormd die een stijf geheel vormt en waarvan de huiden een hechte verbinding met de kern vormden.

5

Voorbeeld II

In plaats van het massieve hard polyvinylchloride materiaal werd een plaat van 1 ram dik acrylbutadieen-styreen toegepast.

10 Voorbeeld III

In een plaat schuimmateriaal van polymethacrylimide (Rohacel 51) met een dikte van 20 mm, werden evenwijdige gleuven gesneden tot een dikte van 1,2 mm en een onderlinge afstand van 1,5 mm in twee onderling loodrechte richtingen. Op deze plaat werd vervolgens 15 aan één zijde een poeder gestrooid bestaande uit polyvinylideenfluoride (PVDF) dat in de groeven werd gewreven tot ze geheel gevuld waren met PVDF. Vervolgens werd een extra hoeveelheid poeder op het oppervlak verdeeld. De aldus samengestelde plaat werd afgedekt met een verwarm-bare plaat die door uitoefening van verlaagde druk op het oppervlak 20 werd getrokken. Vervolgens werd de plaat verhit tot een temperatuur van 200°C en deze temperatuur werd gedurende 3 minuten gehandhaafd waarna de plaat werd afgekoeld tot omgevingstemperatuur.

Hierna werd dezelfde bewerking herhaald aan de andere zijde van de kern. Het resultaat was een sandwich-structuur waarvan de 25 huid een hechte verbinding vormde met de schuimkern.

Voorbeeld IV

Op één van de oppervlakken van de sandwich-structuur van voorbeeld I werd een plaat PMMA gelegd met een dikte van 1,2 mm. Deze samenstelling werd aan eenzelfde thermische behandeling onder-30 worpen als in voorbeeld I, waardoor een verbinding ontstond tussen PVDF en PMMA. Vervolgens werd deze bewerking herhaald met het tweede oppervlak.

Het resultaat is een sandwich-structuur waarvan PMMA een hechte verbinding vormt met de schuimkern, waarbij PVDF als hecht-35 laag is gebruikt.

Voorbeeld V

De werkwijze van voorbeeld I werd herhaald, waarbij in plaats van polyvinylideenfluoride polycarbonaat werd gebruikt.

8701188 7 *

Voorbeeld VI

Het plaatvormige materiaal van voorbeeld I werd tussen twee vellen siliconenrubber geplaatst waartussen een verlaagde druk werd gecreëerd zodat bet rubber strak over het plaatvormige 5 materiaal sloot. Vervolgens werd dit samenstelsel verwarmd tot 120eC en middels vacuüm in een mal getrokken. Na afkoeling kon het aldus gevormde voorwerp tussen de rubber vellen worden verwijderd.

Voorbeeld VII

10 Het plaatvormig materiaal van voorbeeld II werd op eenzelfde wijze gevormd als in voorbeeld VI waarbij echter als temperatuur 190°C werd gekozen.

Binnen het kader van de uitvinding zijn verscheidene 15 varianten mogelijk.

8701188

Claims

1. Sandwichmateriaal gevormd door een kern uit licht kunststofschuim aan weerszijden bedekt met een kunststofhuid, met het kenmerk, dat het kunststof van zowel het schuim als de beide huiden bij hogere temperatuur verweekt en daardoor vervorming , 5 toelaat.

2. Werkwijze ter vervaardiging van een sandwichmateriaal volgens conclusie l,met het kenmerk, dat in de twee oppervlakken van een schuimplaat uit thermoplastisch kunststof-materiaal insnijdingen of indrukkingen worden aangebracht, poeder van 10 een thermoplastische kunststof zodanig op elk oppervlak van de schuimplaat wordt aangebracht dat de indrukkingen of insnijdingen worden gevuld en zich op het betreffende schuimoppervlak een laag vormt en deze laag met een verwarmde plaat onder uitoefening van een lage druk tot een huid wordt gevormd.

3. Sandwichmateriaal volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat ten minste een gedeelte van het materiaal thermoplastisch is vervormd waarbij ten minste één van de huiden plaatselijk is gerekt.

4. Sandwichmateriaal volgens conclusie 3, m e t 20 het kenmerk, dat het schuim ter plaatse van het gerekte huid-deel in elkaar is gedrukt.

5. Sandwichmateriaal volgens conclusie 4, m e t het kenmerk, dat het gedeelte van in elkaar gedrukt schuim en gerekte huid zich bij de rand van de sandwich bevindt.

6. Sandwichmateriaal volgens conclusie 4, m e t het kenmerk, dat het gedeelte van in elkaar gedrukt schuim en gerekte huid zich op afstand van de rand bevindt.

7. Sandwichmateriaal volgens conclusie 6, m e t het kenmerk, dat ter plaatse van de kleinste dikte van de 30 sandwich een bout door de sandwich steekt ter bevestiging van een profiel of dergelijke.

8. Sandwichmateriaal volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat in het materiaal een blinde opening is aangebracht en in die opening een kunststof plug is geplaatst die onder 35 toepassing van wrijvingswarmte met het huidmateriaal is verbonden.

9 J η staande sandwichmaterialen door in elkaar vloeien van huidmateriaal en eventueel onder toepassing van een lasdraad uit hetzelfde materiaal als de huid, aan elkaar zijn gelast.

9. Sandwichmateriaal volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat twee onder een hoek ten opzicht van elkaar 870 1 188

10. Sandwichmateriaal volgens conclusie 1, met 5 het kenmerk, dat het materiaal ter vorming van een ronde rand is dubbelgevouwen.

11» Sandwichmateriaal voglens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat de randen van de sandwich zijn voorzien van stroken thermoplastisch materiaal welke door een hot seal methode aan 10 het sandwichmateriaal zijn vastgelast. 8701188