WO2015071239A1

WO2015071239A1 - Mit poly(meth)acrylimid-schaum gefüllte wabenstrukturen

Info

Publication number: WO2015071239A1
Application number: PCT/EP2014/074227
Authority: WO
Inventors: Thomas Richter; Kay Bernhard; Ina LIEBL; Tim DENK; Matthias Alexander Roth
Original assignee: Evonik Industries Ag
Priority date: 2013-11-15
Filing date: 2014-11-11
Publication date: 2015-05-21
Also published as: DE102013223347A1; TW201532826A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mit Poly(meth)acrylimid-(P(M)l)-Schäumen gefüllten Wabenstrukturen. Bei diesem Verfahren werden die einzelnen Waben einer Wabenstruktur mit P(M)I-Partikeln, die bevorzugt vorgeschäumt sein können, gefüllt und anschließend thermisch ausgeschäumt. Gleichzeitig umfasst die vorliegende Erfindung auch die mittels dieses Verfahrens hergestellten, neuartigen Werkstoffe, die bei einem sehr geringen Gewicht die Vorteile der Wabenstrukturen, wie hohe senkrechte Belastbarkeit und Schlagzähigkeit, mit den Vorteilen der P(M)I- Schäume, insbesondere der hohen Druckbelastbarkeit in allen Richtungen und der hohen Steifigkeit, verbindet.

Description

Mit Poly(meth)acrylimid-Schaum gefüllte Wabenstrukturen

Gebiet der Erfindung

Im Bereich des Leichtbaus, insbesondere im Flugzeugbau, zunehmend aber auch im Automobilbau nehmen zweierlei Technologien eine herausragende Position in Bezug auf Gewichtseinsparungen bei gleichzeitig hoher Festigkeit ein: Wabenstrukturen und Hartschaumwerkstoffe.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mit Poly(meth)acrylimid- (P(M)l-)Schäumen gefüllte Wabenstrukturen. Bei diesem Verfahren werden die einzelnen Waben einer Wabenstruktur mit P(M)I-Partikeln, die bevorzugt

vorgeschäumt sein können, gefüllt und anschließend thermisch ausgeschäumt.

Gleichzeitig umfasst die vorliegende Erfindung auch die mittels dieses Verfahrens hergestellten, neuartigen Werkstoffe, die bei einem sehr geringem Gewicht, die Vorteile der Wabenstrukturen, wie die hohe senkrechte Belastbarkeit und die

Schlagzähigkeit, mit den Vorteilen der P(M)I-Schäume, insbesondere die hohe Druckbelastbarkeit in alle Richtungen und die hohe Steifigkeit, miteinander verbindet.

Stand der Technik

Wabenstrukturen, insbesondere aus Metallen wie Aluminium, Titan oder Stahl, sind im Leichtbau seit langem bekannt. Neben dem geringen Gewicht haben diese Strukturen den großen Vorteil, dass sie sehr gut senkrecht belastbar sind. Diese

Wabenstrukturen werden manchmal auch schlicht als Honigwaben bezeichnet.

Senkrecht bedeutet in diesem Zusammenhang in Richtung der offenen Waben.

Diese Belastbarkeit ist insbesondere dann sehr hoch, wenn die entsprechende Oberfläche mit einem Material, wie z.B. einer Metall- oder Holzplatte oder einem Composite, abgedeckt ist. Nachteil dieser Strukturen ist jedoch, dass diese

gegenüber einer seitlichen Druckbelastung äußerst instabil sind. Darüber hinaus haben Metallwaben bei dem Aufbringen einer Deckschicht in Form eines Harz-basierten Composites den Nachteil, dass sich diese in einem

Harzinfusionsverfahren nur schwierig verarbeiten lassen, da die einzelnen Zellen aus Kosten- und Gewichtsgründen nicht mit Harz volllaufen dürfen. Im Gegensatz zu den weiter unten beschriebenen Hartschäumen müssen Sie vorher aufwändig

abgedichtet werden.

Weitere Nachteile der Wabenstrukturen sind, dass abgeschrägte Wabenkanten ausgespachtelt werden müssen, da die Wabe nur schlecht laterale Kräfte aufnehmen kann, und dass nicht vollständig abgedichtete Waben sich mit kondensiertem

Wasser füllen können. Letzteres stellt vor allem in der Luftfahrt ein großes Problem, allein schon durch die damit verbundene Gewichtszunahme, dar.

Eine Alternative zu solchen Metallwaben sind Hartschäume, insbesondere aus Polymethacrylimid (PMI) bzw. Polyacrylimid (PI) - zusammengefasst kurz als

Poly(meth)acrylimid (P(M)I) bezeichnet. Hartschäume können als Plattenware im Leichtbau eingesetzt werden. Dazu werden die Ober- und optional die Unterseite analog zu den Waben mit einer Metall-, Holz- oder Compositeplatte als Deckschicht abgedeckt. Die Verbindung der Abdeckung zu dem dann als Schaumkern oder Kernmaterial bezeichneten Hartschaum erfolgt in der Regel mittels Kleben, Nähen oder durch Verbinden mit Pins. Ein solches Nähverfahren ist beispielsweise in EP 2 203 298 beschrieben. Das Verbinden der Deckschichten mit dem Schaumkern mittels Pins ergibt sich beispielsweise aus EP 1 907 193.

Hartschaumwerkstoffe haben jedoch den Nachteil, dass diese nicht schlagzäh sind. Dem kann durch Einführen der Deckschichten zwar teilweise entgegengewirkt werden, jedoch besteht zumeist kein Schutz gegenüber seitlicher Einwirkung.

Weiterhin ist auch die Stabilität in senkrechter Richtung auf die Deckschicht sowohl bei Wabenkernen als auch bei Hartschaumkernen noch verbesserungswürdig.

In DE 18 17 156 bzw. DE 27 26 260 werden die Herstellung von PMI-Schäumen beschrieben, die ausgezeichnete mechanische Eigenschaften auch bei hohen Temperaturen aufweisen. Die Herstellung der Schäume erfolgt im Gussverfahren, d.h. die Monomere und erforderliche Zusatzstoffe werden gemischt und in einer Kammer polymerisiert. Das Polymerisat wird in einem zweiten Schritt durch

Erwärmen geschäumt. Neben diesen PMI-Schäumen sind mit ähnlichen

Eigenschaften auch Schäume auf Basis von Methacrylsäure und Acrylnitril (Pl- Schäume) bekannt. Diese werden beispielsweise in der CN 100420702C

beschrieben. Auch diese Schäume werden zunächst als Platten hergestellt.

Es sind neben diesen Verfahren, die von einer nicht geschäumten Polymerplatte ausgehen, auch so genannte In-Mould-Foaming Prozesse, ausgehend von einem Granulat, bekannt. Gegenüber den beschriebenen Verfahren haben diese jedoch grundsätzlich mehrere Nachteile. So wird nur eine ungleichmäßige Porenstruktur, die sich zwischen dem Inneren der ursprünglichen Partikel und den Grenzflächen zwischen den ursprünglichen Partikeln unterscheidet, erzielt. Weiterhin ist die Dichte des Schaums aufgrund der ungleichmäßigen Verteilung der Partikel beim

Aufschäumen - wie bereits beschrieben - zusätzlich inhomogen. Weiterhin kann man bei diesen aus Granulat geschäumten Produkten eine schlechtere Kohäsion an den Grenzflächen, die sich zwischen den ursprünglichen Partikeln beim Schäumen bilden, und damit gegenüber aus einer Halbzeugplatte geschäumten Materialien schlechtere mechanische Eigenschaften beobachten.

in WO 2013/05947 wird ein In-Mould-Verfahren beschrieben, bei dem zumindest letzteres Problem dadurch gelöst wurde, dass die Partikel vor dem Abfüllen in das formgebende Schäumungswerkzeug mit einem Haftvermittler, z.B. mit einem

Polyamid oder einem Polymethacrylat beschichtet werden. Damit wird eine sehr gute Korngrenzenhaftung erzielt. Die ungleiche Porenverteilung im Endprodukt wird durch diese Methode jedoch nicht vermieden.

Aufgabe

Vor dem Hintergrund des diskutierten Standes der Technik war es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, neue Leichtbauwerkstoffe, insbesondere verwendbar als

Kernmaterialien für Composite Sandwich-Materialien für den Leichtbau zur

Verfügung zu stellen, die besonders hohen mechanischen Belastungen standhalten können. Mechanische Belastbarkeit umfasst dabei sowohl eine hohe Schlagzähigkeit als auch eine hohe Druckbelastbarkeit.

Insbesondere war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung neue Composite- Materialien zur Verfügung zu stellen, die, wenn sie auf zwei Seiten mit

Deckschichten versehen sind und damit als Sandwichmaterial vorliegen, senkrecht zu diesen Deckschichten eine im Vergleich zum Stand der Technik verbesserte Druckbeständigkeit aufweisen. Darüber hinaus sollen diese Compositematerialien bei einer seitlichen Einwirkung, also bei einer direkten Einwirkung auf das Kernmaterial, sowohl gegenüber

Hartschaumkernen eine verbesserte Schlagzähigkeit, als gegenüber

Metallwabenkernen eine verbesserte Druckbeständigkeit aufweisen. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung dieser Leichtbau-Materialien,

insbesondere in Form von Sandwichmaterialien schnell und einfach durchführbar sein.

Darüber hinaus sollen die Kernmaterialien einfach, z.B. mittels Harzinfusions- oder Injektionsprozessen zur Herstellung von Deckschichten, weiter verarbeitbar sein.

Weitere, an dieser Stelle nicht explizit diskutierte Aufgaben, können sich aus dem Stand der Technik, der Beschreibung, den Ansprüchen oder den

Ausführungsbeispielen ergeben.

Lösung

Inn Weiteren werden unter der Formulierung Poly(meth)acrylimid (P(M)I)

Polymethacrylimide (PMI), Polyacrylimide (PI) oder Mischungen daraus verstanden. Entsprechendes gilt für die entsprechenden Monomere wie (Meth)acrylimid bzw. (Meth)acrylsäure. So werden beispielsweise unter dem Begriff (Meth)acrylsäure sowohl Methacrylsäure als auch Acrylsäure sowie Mischungen aus diesen beiden verstanden. Gelöst werden die gestellten Aufgaben durch das Bereitstellen eines neuen

Leichtbauwerkstoffs, der mit einem P(M)I-Schaum gefüllte Waben aufweist.

Insbesondere kann dieser Leichtbauwerkstoff dergestalt sein, dass die mit dem P(M)I-Schaum gefüllten Waben in Form einer Platte als Kernmaterial vorliegen, und dass dieses Kernmaterial auf einer oder zwei Seiten mit Deckschichten versehen ist. Bei den Deckschichten handelt es sich in diesem Fall bevorzugt um Metall-, Holzoder Composite-Platten, die mit dem Kernmaterial durch Nähen, Kleben oder mittels Pins verbunden sind. Als Metalle sind dabei insbesondere Aluminium, Magnesium, Stahl und Titan geeignet.

Überraschenderweise ist die Wahl des Deckmaterials relativ frei. Im Falle von

Composite-Materialien kann es sich dabei beispielsweise um reine Thermoplasten, um Gewebe oder Gestricke oder Verbünde daraus, wie z.B. so genannte

Organobleche oder kunststoffbeschichtete textile Trägerbahnen wie z.B. Kunstleder handeln. Bevorzugt handelt es sich bei dem Deckmaterial um einen faserverstärkten Kunststoff. Bei den Fasern kann es sich wiederum beispielsweise um Aramid-, Glas-, Kohle-, Polymer- oder Textilfasern handeln. Bei dem thermoplastischen Kunststoff wiederum kann es sich bevorzugt um PP, Polyethylen (PE), Polycarbonat (PC), Polyvinylchlorid (PVC), ein Epoxidharz, ein Isocyanatharz, ein Acrylatharz, einen Polyester oder um ein Polyamid handeln. Im Falle von duroplastischen oder elastomeren Deckmaterialien werden die erwähnten Fasern durch Tränken mit einem Reaktivharz, wie zum Beispiel einem Polyurethan-, Epoxid-, Phenol-, Vinyl- oder (Meth)acrylatharz, und anschließendes Aushärten zu einem Composite-Material verarbeitet.

Das Material für den Schaumkern stellt dabei P(M)I, bevorzugt PMI dar. Solche P(M)I-Schäume werden auch als Hartschäume bezeichnet und zeichnen sich durch eine besondere Festigkeit aus. Die P(M)I-Schäume werden normalerweise in einem zweistufigen Verfahren hergestellt: a) Herstellung eines Gusspolymerisats und b) Aufschäumen dieses Gusspolymerisats.

Zur Herstellung des Gusspolymerisats werden zunächst Monomergemische, welche (Meth)acrylsäure und (Meth)acrylnitril, vorzugsweise in einem Molverhältnis zwischen 2:3 und 3:2, als Hauptbestandteile enthalten, hergestellt. Zusätzlich können weitere Comonomere verwendet werden, wie z.B. Ester der Acryl- oder Methacrylsäure, Styrol, Maleinsäure oder Itaconsäure bzw. deren Anhydride oder Vinylpyrrolidon. Dabei sollte der Anteil der Comonomeren jedoch nicht mehr als 30 Gew% betragen. Geringe Mengen von vernetzenden Monomeren, wie z.B. Allylacrylat, können auch verwendet werden. Die Mengen sollten jedoch vorzugsweise höchstens 0,05 bis 2,0 Gew% betragen. Das Gemisch für die Copolymerisation enthält ferner Treibmittel, die sich bei

Temperaturen von etwa 150 bis 250 °C entweder zersetzen oder verdampfen und dabei eine Gasphase bilden. Die Polymerisation erfolgt unterhalb dieser Temperatur, so dass das Gusspolymerisat ein latentes Treibmittel enthält. Die Polymerisation findet zweckmäßig in Blockform zwischen zwei Glasplatten statt. Zur Herstellung von geschäumten Platten erfolgt darauf gemäß Stand der Technik in einem zweiten

Schritt dann bei entsprechender Temperatur das Aufschäumen des

Gusspolymerisats. Die Herstellung solcher PMI-Schäume ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt und kann beispielsweise in EP 1 444 293, EP 1 678 244 oder WO 201 1/138060 nachgelesen werden. Als PMI-Schäume seien insbesondere ROHACELL^®-Typen der Firma Evonik Industries AG genannt. Bezüglich Herstellung und Verarbeitung sind zu den PMI-Schäumen Acrylimid-Schäume als Analoga anzusehen. Aus toxikologischen Gründen sind diese jedoch gegenüber anderen Schaummate alien deutlich weniger bevorzugt.

Die Dichte des Hartschaummatehals ist relativ frei wählbar. P(M)I Schäume können beispielsweise in einem Dichtebereich von 20 bis 250 kg/m³, bevorzugt von 25 bis 220 kg/m³ eingesetzt werden. Besonders bevorzugt wird ein PMI-Schaum mit einer Dichte zwischen 30 und 200 kg/m³ eingesetzt.

Die Waben des erfindungsgemäßen Leichtbauwerkstoffs können bevorzugt aus Papier, Kunststoff oder einem Metall bestehen. Als Metalle kommen dabei insbesondere Aluminium, Magnesium, Titan oder Stahl in Frage. Eine besonders geeignete Ausführungsform ist zum Beispiel die Verwendung von einem

Aramidpapier, das mit einem Phenolharz getränkt und anschließend ausgehärtet wird. Gleichfalls besonders bevorzugt bestehen die Waben aus Aluminium.

Die Form, der Durchmesser und die Höhe der einzelnen Waben sind dem Fachmann grundsätzlich aus dem Leichtbau bekannt und einfach auf diese Erfindung

übertragbar. Wichtig ist nur, dass die Waben mit den nicht oder vor-geschäumten Partikeln des späteren Schaummaterials teilweise gefüllt werden können.

Bevorzugt sind die Waben aus senkrechter Blickrichtung quadratisch, trapezförmig, sechs- oder achteckig. Auch Kombinationen verschiedener Formen sind denkbar. Bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der ungefähr gleichgroße Waben die Fläche abdecken. Der Durchmesser einer solchen Wabe ist dabei an der dicksten Stelle der Wabe bevorzugt zwischen 0,1 und 20 cm, insbesondere zwischen 1 und 10 cm. Die Höhe der Wabe ist dagegen absolut frei wählbar. Es ist nur zu beachten, dass das Volumen der einzelnen Wabe naturgemäß unter Berücksichtigung der zu erzielenden Dichte des Schaums die Menge an schäumbaren Partikeln bestimmt, mit der eine einzelne Wabe vor dem Aufschäumen gefüllt wird, diese Menge ist für den

Fachmann aus dem Wabenvolumen, der Art des zu schäumenden Materials, der zu erzielenden Dichte, der Konzentration an Treibmittel in diesem Material und der Temperatur beim Schäumen einfach zu bestimmen und bei einer bekannten Zusammensetzung des zu schäumenden Materials sogar ohne Vorversuche einstellbar.

Die Dichte des eingesetzten Wabenmaterials, sowie die Wabengröße und die Stegdicke bestimmen teilweise das Gewicht sowie die mechanischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Leichtbauwerkstoffs. Durch Wahl eines entsprechenden P(M)I-Schaums können durch die Wahl dessen Eigenschaften, insbesondere der Dichte, die Leichtbauwerkstoffe in Hinblick auf eine Reduzierung des

Gesamtgewichts oder auf eine Verbesserung der mechanischen Festigkeit einfach optimiert werden.

Neben den beschriebenen, mit einem P(M)I-Hartschaum gefüllten Waben ist insbesondere auch ein Verfahren zur Herstellung von mit Schaum gefüllten Waben Teil der vorliegenden Erfindung. Dabei ist dieses erfindungsgemäße Verfahren nicht ausschließlich auf mit P(M)I gefüllte Waben beschränkt, sondern lässt sich auch auf andere schäumbare, im nicht geschäumten Zustand in Partikelform vorliegenden Kunststoffe anwenden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Leichtbauwerkstoffen, aufweisend mit einem Schaum gefüllte Waben, zeichnet sich insbesondere durch folgende Prozessschritte aus: a. Füllen eines Wabenmaterials mit schäumbaren Partikeln, b. Ausschäumen der Partikel, wobei die schäumbaren Partikel aus PE, PP, PMMA, PS oder P(M)I bestehen.

Dabei gilt für das Wabenmaterial das gleiche, wie es zuvor für die mit P(M)I- Hartschaum gefüllten Waben beschrieben wurde. Für das P(M)I bzw. den aus diesem hergestellten Schaum gilt gleichfalls die oben erfolgte Charakterisierung bevorzugter Charakteristika. PE- bzw. PP-Schäume sind vor allem als Isolationsmaterial, in Transportbehältern und als Sandwichmaterial bekannt. PE- bzw. PP-Schäume können Füllstoffe enthalten und sind zumeist in einem Dichtebereich zwischen 20 bis 200 kg/m³ kommerziell verfügbar. PMMA-Schäume zeichnen sich dagegen durch eine besonders gute

Witterungsstabilität und eine hohe UV-Beständigkeit aus. Bis dato sind PMMA- Schäume jedoch technisch von eher untergeordneter Bedeutung.

Polystyrol (PS) als Schaummaterial ist dagegen hinlänglich bekannt. Wenn PS verwendet wird, entfallen die meisten der zuvor beschriebenen Vorteile einer mit P(M)l-gefüllten Wabenstruktur, da PS-Schäume mechanisch bei weitem nicht derart belastbar sind. Bestehen bleibt jedoch der große Vorteil gegenüber einer ungefüllten Wabenstruktur, dass diese aufgrund der Füllung deutlich besser weiterverarbeitbar ist. Dies gilt insbesondere, wenn Flüssigharze zur Bildung von Deckschichten verwendet werden sollen. Bevorzugt werden im erfinderischen Verfahren schäumbare Partikel aus P(M)I, besonders bevorzugt aus PMI eingesetzt.

In Bezug auf P(M)I-Partikel können diese bevorzugt mittels zweier Alternativen erhalten werden. In der ersten Alternative wird das P(M)I wie zuvor beschrieben als P(M)I-Halbzeug, insbesondere als Platte hergestellt. Daraus kann dann mittels Malen das Granulat in einer einfach einzustellenden Partikelgröße erhalten werden.

In einer zweiten, gleichsam bevorzugten Alternative handelt es sich bei den P(M)I- Partikeln um Suspensionspolymerisate. Die Herstellung solcher P(M)I- Suspensionspolymerisate kann beispielsweise in der europäischen Patentanmeldung mit dem Anmeldeaktenzeichen 13155413.1 , angemeldet am 15.02.2013,

nachgelesen werden.

Besonders bevorzugt werden die Waben mit vorgeschäumten Partikeln,

insbesondere mit einer Dichte zwischen 25 und 220 kg/m³ gefüllt. Dabei hat sich überraschend gezeigt, dass beim Einsatz vorgeschäumter Partikel die spätere Schaumfüllung der einzelnen Waben besonders gleichmäßig und damit mit besonders guten mechanischen Eigenschaften vorliegt.

Sowohl das optionale Vorschäumen als auch das Ausschäumen in Verfahrensschritt b. kann thermisch und/oder mittels Mikrowellen erfolgen. Die jeweilig

anzuwendenden Prozessparameter hängen dabei von dem eingesetzten Treibmittel, dem Schaummaterial, der zu erzielenden Dichte und der Wabengröße ab. Diese Parameter sind für den Fachmann einfach aus dem bekannten Stand der Technik herzuleiten.

Eine besonders gleichmäßige Porenverteilung und damit gleichmäßige Dichte innerhalb einer Wabe erhält man, wenn man die mit den Partikeln gefüllten Waben während des Schäumens horizontal und/oder vertikal bewegt und/oder rotieren lässt. Besonders bevorzugt ist eine horizontale Rotation, welche optional mit weiteren Bewegungen kombiniert werden kann. Eine entsprechende Vorrichtung zur

Bewegung lässt sich einfach in einem Ofen installieren. Alternativ kann diese

Vorrichtung zum Beispiel Quellen für Mikrowellen, die auf die Waben gerichtet sind, aufweisen.

Bevorzugt weist der erfindungsgemäß hergestellte Leichtbauwerkstoff, insbesondere die erfindungsgemäßen mit dem P(M)I-Schaum gefüllten Waben eine Dichte zwischen 30 und 350 kg/m³, bevorzugt zwischen 40 und 300 kg/m³ und besonders bevorzugt zwischen 50 und 250 kg/m³ auf. Diese Dichte umfasst dabei sowohl die Stege des Wabenmaterials als auch die Schaumfüllung, sowie eventuelle Freiräume. Im Falle des Hinzufügens von Deckschichten bezieht sich diese Dichte auf das Kernmaterial ohne diese Deckschichten.

Alternativ oder zusätzlich, insbesondere aber bevorzugt wird Verfahrensschritt b. in einer Presse durchgeführt. Diese Presse ist dergestalt aufgebaut, dass der Schaum an den Rändern der Waben nach Entnahme aus der Presse abschließt. Dies bedeutet, dass die Presse idealerweise auf den offenen Rändern der Waben aufliegt. Ein großer Druck muss dabei nicht ausgeübt werden. Vielmehr reicht ein Druck, der dem Schäumungsdruck standhält. In einem weiteren Verfahrensschritt können die mit Schaum gefüllten Waben nach dem abgeschlossenen Verfahrensschritt b. und dem darauf folgenden Abkühlen mittels Nähen, Durchstoßen mit Pins oder Kleben mit einer oder zwei Deckschichten gemäß obiger Beschreibung der mit P(M)I -Schaum gefüllten Waben verbunden werden.

Alternativ und gleichzeitig bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der das

Deckmaterial mit in der Presse eingelegt wird. Bei einem solchen Vorgehen kann optional auf ein weiteres Verkleben, Vernähen oder Durchstoßen mit Pins verzichtet werden. Auch ist es möglich das Deckmaterial mit einer Kleberschicht zu versehen. Durch den direkten Kontakt zwischen den Werkzeugschalen der Presse und dem

Deckmaterial kann dabei eine sehr schnelle Aushärtung des Harzes erfolgen. Die zur Härtung des Harzes verwendete Temperatur hängt von dem jeweilig verwendeten Harz ab und ist für den Fachmann leicht ermittelbar. In der Regel liegen solche Temperaturen zwischen 100 und 300 °C. Damit sind insbesondere auch die für die Schäumung des Schaumkerns bevorzugten Temperaturen zwischen 170 und 250 °C für die meisten Harzsysteme geeignet. Für den weniger bevorzugten Fall einer benötigten höheren Temperatur, kann die Härtung des Harzes in einer weiteren Heizstation erfolgen.

Zusätzlich können zur Verbesserung der Haftung zwischen Schaumkernmaterial und Deckschichten Haftvermittler verwendet werden. Diese Haftvermittler können im Matrixmaterial der Dekschichten enthalten sein. Alternativ können die Haftvermittler auch vor dem Zusammenführen auf der Oberfläche der Deckschichten oder des Schaumkerns aufgetragen werden. Bei diesem Vorgehen können alternativ auch geeignete Klebstoffe eingesetzt werden. Als Haftvermittler haben sich insbesondere Polyester, Polyamide oder Poly(meth)acrylate als geeignet erwiesen. Es können aber auch niedermolekulare Verbindungen, die aus der Herstellung von

Compositematerialien, insbesondere in Abhängigkeit vom verwendeten

Matrixmaterial der Deckschicht, dem Fachmann bekannt sind, verwendet werden. Für das gesamte erfindungsgemäße Verfahren richten sich die zu wählenden Verfahrensparameter nach der im Einzelfall eingesetzten Anlage und deren

Auslegung, sowie den eingesetzten Materialien. Sie können durch wenige

Vorversuche für den Fachmann leicht ermittelt werden.

Grundsätzlich sind die erfindungsgemäßen Leichtbauwerkstoffe bzw. die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Leichtbauwerkstoffe sehr breit einsetzbar. Erfindungsgemäß hergestellte Leichtbauwerkstoff können insbesondere Anwendung in der Serienfertigung z.B. für Karosseriebau oder für

Innenverkleidungen in der Automobilindustrie, Teile zur Inneneinrichtung im

Schienenfahrzeugs- oder Schiffsbau, in der Luft- und Raumfahrtindustrie, im

Maschinenbau, zur Herstellung von Sportgeräten, beim Möbelbau oder bei der Konstruktion von Windkraftanlagen finden.

Ausführungsbeispiele

Beispiel 1

Zum Ausschäumen der Wabe wurde ein vorgeschäumtes PMI Granulat verwendet. Dieses wurde aus einem PMI Granulat mit einer Korngröße von < 0.1 mm hergestellt, welches bei 200°C für 15 min in einem Ofen vorgeschäumt wurde und danach eine durchschnittliche Korngröße von ca. 1 mm aufwies. Als PMI-Granulat wurde ein Material verwendet, das als PMI-Schaum unter dem Produktnamen ROHACELL RIMA von der Firma Evonik Industries vertrieben wird. Als Wabe wurde eine

Aramidwabe mit einer Zellgröße von 5 mm und einer Dicke von 13 mm verwendet. Die Dichte der Wabe betrug 50 kg/m³. Die Wabe wurde derart auf eine Größe zugeschnitten, dass sie in einen Metallrahmen (Größe 16x16cm) mit

Metallbodenplatte passgenau eingelegt werden konnte. Der Metallrahmen hatte hierbei eine Höhe welche der Dicke der Wabe entsprach, so dass sie

Wabenoberseite bündig mit dem Rahmen abschloss. In die so eingelegte Wabe wurden 31 g des vorher vorgeschäumten Granulates gleichmäßig eingefüllt, so dass alle Löcher der Wabe zu ca. der Hälfte ihrer Höhe mit vorgeschäumtem Granulat gefüllt waren. Die so gefüllte Wabe wurde mit einer PTFE-Folie abgedeckt und in eine beheizte Presse bei 230°C eingelegt. Die Presse wurde geschlossen

(Schließkraft 50bar). Nach 60min wurde die Presse auf Raumtemperatur gekühlt und der Metallrahmen sowie die PTFE-Folie entnommen. Als Produkt wurde eine

Wabenstruktur erhalten, welche gleichmäßig mit PMI Schaum gefüllt war.

Beispiel 2 Analog Beispiel 1 , jedoch wurde die Befüllung der Wabe so vorgenommen, dass zuerst das Bodenblech des Metallrahmens mit 31 g vorgeschäumtem Granulat gleichmäßig bedeckt wurde und dann die Wabe bis auf das Bodenblech des

Metallrahmens in diese gleichmäßige Schicht Granulat eingedrückt wurde. Es resultierte eine sehr gleichmäßige Füllung der Löcher der Wabe mit vorgeschäumtem Granulat. Die Ausschäumung der Wabe verlief wie in Beispiel 1 .

Claims

Ansprüche

1 . Leichtbauwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass der Leichtbauwerkstoff eine mit einem Poly(meth)acrylimid-Schaum (P(M)I) gefüllte Wabenstruktur aufweist.

2. Leichtbauwerkstoff gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem P(M)I-Schaum gefüllten Waben in Form einer Platte als Kernmaterial vorliegen und auf mindestens einer Seite mit Deckschichten versehen sind.

3. Leichtbauwerkstoff gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Deckschichten um Metall-, Holz- oder Composite-Platten handelt, die mit dem Kernmaterial durch Nähen, Kleben oder mittels Pins verbunden sind.

4. Leichtbauwerkstoff gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Composite-Material um ein Material bestehend aus Glas-, Kohle-, Aramid- oder Textilfasern und einem Polyurethan-, Polyester-, Epoxid-, Phenol- oder (Meth)acrylatharz handelt.

5. Leichtbauwerkstoff gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem P(M)I-Schaum um einen PMI-Schaum mit einer Dichte zwischen 20 und 250 kg/m³ handelt.

6. Leichtbauwerkstoff gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Waben aus Papier, Kunststoff oder einem Metall bestehen und die mit dem P(M)I-Schaum gefüllten Waben eine Dichte zwischen 30 und 350 kg/m³ aufweisen.

7. Leichtbauwerkstoff gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Waben aus Aluminium, Magnesium, Titan oder Stahl bestehen.

8. Verfahren zur Herstellung von Leichtbauwerkstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: a. Füllen einer Wabenstruktur mit schäumbaren Partikeln, b. Ausschäumen der Partikel, wobei die schäumbaren Partikel aus PE, PP, PMMA, PS oder P(M)I bestehen.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die

schäumbaren Partikel aus P(M)I, bevorzugt aus PMI bestehen

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die P(M)I- Partikel zuvor als Granulat durch Malen aus einem P(M)I-Halbzeug erhalten wurden.

1 1 .Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den P(M)I-Partikeln um Suspensionspolymerisate handelt.

12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den in Verfahrensschritt a. in die Waben gefüllten Partikeln um vorgeschäumte Partikel mit einer Dichte zwischen 25 und 250 kg/m³ handelt.

13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausschäumen in Verfahrensschritt b. thermisch und/oder mittels Mikrowellen erfolgt.

14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den Partikeln gefüllten Waben während des Schäumens horizontal und /oder vertikal bewegt und/oder rotiert werden.

15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahrensschritt b. in einer Presse durchgeführt wird und der Schaum nach Entnahme aus der Presse an den Rändern der Waben abschließt.

16. Verfahren gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der Presse die mit den schäumbaren Partikeln befüllten Waben mit mindestens einer Deckschicht belegt wird.

17. Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die

Deckschichten als Prepregs eingelegt werden und diese gleichzeitig mit dem

Schäumen in Verfahrensschritt b. ausgehärtet werden.

18. Verfahren gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mit

Schaum gefüllten Waben mittels Nähen, Pins oder Kleben mit mindestens einer Deckschicht gemäß Anspruch 3 oder 4 verbunden werden.