Verfahren zum Herstellen eines Leichtbaumaterials und nach dem Verfahren hergestelltes Leichtbaumaterial
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines formfesten Leichtbaumaterials auf Kunstschaumbasis. Bekannte Kunstschaumkör- per mit einer einigermassen für die Herstellung von Baukörpern und Bauplatten ausreichenden Formfestigkeit können durch Ausschäumen von Formhohlräumen mit Harturethan-Schäummasse oder durch Beschneiden von Hart-Urethanschaum-Blöcken erzeugt werden. Bei Temperaturen über 650 C sind aber Schaumstoffkörper auf Urethanbasis nicht mehr beständig. Sie neigen dann zu Blähungen infolge innerer Gasentwicklung und Erweichung des Materials.
Die Erfindung strebt die Erzeugung eines Leichtbaumaterials von wesentlich besserer Beständigkeit gegen höhere Temperaturen, vorzugsweise bis zu Temperaturen im Bereich über 1200 C an.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass nachgiebig biegbares und walkbares Kunstschwamm-Material mit offenen, gegenseitig verbundenen Poren mit einer aushärtbaren Kunstharzflüssigkeit bis zur Benetzung mindestens eines Grossteiles der inneren Porenflächen durchtränkt wird, dass überschüssige Kunstharzflüssigkeit ausgepresst wird und dass das so erhaltene, klebstoffdurchtränkte und leicht in beliebige Form drückbare Kunstschwamm-Material nach gewünschter Formung ausgehärtet wird.
Vorzugsweise wird der Kunstharzflüssigkeit ein Feststoffpulver, beispielsweise Quarzmehl oder Kreidemehl, oder Metallpulver beigemischt, bevor sie in das nachgiebige Kunstschwamm-Material eingewalkt wird.
Als Kunstharzflüssigkeit wird mit Vorteil, mindestens zur Verwendung zum Zusammenwirken mit Polyester-Kunstschwamm, Epoxyd-Harz verwendet. Es ist zu beachten, dass gewisse Kunstharze in Kontakt mit gewissen Kunstschwamm-Materialien nicht richtig aushärten oder zerstörend auf das Basismaterial einwirken können, so dass das gewünschte Resultat mit ungünstigen Komponentengruppen nicht erzielbar ist.
Unter Verwendung von Polyester-Kunstschwamm, von Epoxyd-Harz mit zugesetztem Härter und Quarzpulver ist es aber gelungen, vorerst nachgiebige und in beliebige Form drückbare und ziehbare, klebe- und aushärtfähige Schaum-Matten herzustellen; die z. B. als Zwischenschicht zwischen andere zu verbindende Platten oder Schichten einpressbar sind oder zum Auskleiden von Hohlschalen, zum Belegen von Körpern, zum Bewickeln von Tragdornen usw. gut verwendbar sind und entweder zur bleibenden Haftung mit den formenden Tragkörpern oder auch davon ablösbar, ausgehärtet werden können.
Es entsteht auf diese Weise ein kleinzelliges und formfestes Leichtbaumaterial mit einem geringen spezifischen Gewicht in der Grössenordnung von 0,1-0,3 g/cm3 einer entsprechend guten Wärmeisolierfähigkeit und einer beträchtlichen Festigkeit, wobei Druckfestigkeitswerte im Bereiche von 10-30 kg/cm2 Querschnitt, bzw. ebenso hohe Zugfestigkeiten sowie auch eine gute Beständigkeit gegenüber ungünstigen klimatischen Einflüssen erreicht werden kann.
Erfindungsgemäss ist ein nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestelltes kleinzelliges und formfestes Leichtbaumaterial auf der Basis von Kunstschwamm-Material mit offenen Zellräumen dadurch ge kennzeichnet, dass die Zellkammerwände durch ange lagert± und erhärtetes Kunstharz verfestigt sind. Dem Kunstharz können Feststoffe beigemischt sein.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens detailliert mit Varianten beschrieben.
Es wird ein nachgiebiger, biegbarer und walkbarer Kunststoffschwamm auf Polyesterbasis mit offenen, gegenseitig verbundenen kleinräumigen Zellkammern, vorzugsweise in Form einer Matte von der Dicke der herzustellenden festen Isolierschicht verwendet. Das Raumgewicht von solchem Material liegt etwa im Bereich 20 bis 40 kg/m3. Mit einem flüssigen, aushärtbaren Epoxydharz, dem vorzugsweise Quarzmehl oder anderes Mineralpulver wie z. B. Kreidemehl etwa im Gewichtsverhältnis 1:1 zugesetzt wird, so dass die Flüssigkeit noch gut fliessbar bleibt, wird das Kunstschwamm-Material durchtränkt.
Dies kann dadurch geschehen, dass in einem unter Vakuum setzbaren Behälter der Kunstschwamm mit der Flüssigkeit bedeckt wird und dass dann die Luft aus dem Behälter abgesaugt wird, vorzugsweise unter gleichzeitigem Walken des Kunstschwammes in der Flüssigkeit, damit die Flüssigkeit in alle Zellräume des Kunstschwammes eindringt. Anschliessend wird der nun mit Kunstharzflüssigkeit weitgehend gefüllte Kunstschwamm ausgepresst, um den Grossteil der Flüssigkeit auszutreiben, weil nicht die Zellräume des Kunstschwammes mit Kunstharz ausgefüllt bleiben, sondern nur die Zellkammerwände möglichst gleichmässig mit Kunstharz benetzt werden sollen.
Dieses Ziel ist auch dadurch erreichbar, dass eine vorbestimmte Menge von Kunstharz-Feststoffputvermenge, beispielsweise 150-300 kg pro m3 zu behandelndes Kunstschwamm-Material durch mechanisches Walken oder Walzen, beispielsweise unter vielfachem Durchleiten einer damit zu tränkenden Kunstschwamm-Matte zwischen Walzenpaaren in das Kunstschwamm-Material eingewalkt wird. Auf diese Weise entsteht ein zwar zusammenhängendes, aber leicht in beliebige Form drückbares und ziehbares, mit Kunstharz durchtränktes Kunstschwamm-Material, das sich etwa verhält, wie eine feuchte Filterpapiermasse, aber im Gegensatz dazu, zusammenhängend bleibt. Solches Material lässt sich in diesem Zustand in vielfacher Weise mit Vorteil verwenden.
So kann es beispielsweise zur Herstellung von Verbundplatten verwendet werden, in einfachster Weise dadurch, dass es als plastisch nachgiebige Klebeschicht zwischen je zwei Festmaterialplatten eingelegt und das ganze mit einem geringen Druck auf die gewünschte totale Plattendicke gepresst wird, wobei es sich lückenlos auch an unebene Flächen anpresst und damit beim Aushärten sehr gut verklebt. So können z.
B. unter Verwendung von äusseren Alu- oder Stahlblechen von je etwa 0,5 mm Dicke mit kunstharzgetränkten Kunstschwamm Matten einer Dicke von beispielsweise 6-8 mm Verbundplatten einer Enddicke von 5 mm hergestellt werden, die sich nach erfolgter Aushärtung des Epoxydharzes im Schwamm-Material hinsichtlich Formfestigkeit und Festigkeit mit jeder bekannten Verbundplatte messen können und bedeutend billiger sind, als Metallbleche einer vergleichbaren Festigkeit und Steifigkeit.
Dazu kommt erst noch die oft gewünschte Wärmeisolierfähigkeit.
Eine weitere sehr vorteilhafte Anwendungsfähigkeit des genannten kunstharzgetränkten Schwamm-Materials bietet sich da an, wo mit einem brüchigen Hohlzellmaterial, z. B. Glasschaum, äussere Schalenplatten, z. B.
Metallbleche zu feuerhemmenden Verbundplatten vereinigt werden sollen oder wo sogenannte Honigwabenkerne zwischen Deckplatten eingeleimt werden sollen. In solchen Fällen schafft die Verwendung des genannten Schwamm-Materials mit Kunstharztränkung ideale Voraussetzungen für eine gute Verklebung der Schichten, weil unter kleinem Pressdruck das Material sich einerseits gleichmässig und lückenlos an die Aussenschalen anlegt und anderseits die Kanten bzw. Spitzen des Zellstrukturkernes umfasst und sich also verhält, wie ein plastischer Klebstoff.
Eine weitere, sehr vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit des erwähnten kunstharzgetränkten Schwamm-Materials bietet sich zur Wärmeisolierung und zur Verfestigung von Blechschalenkonstruktion im Fahrzeugbau an, in dem sich das leicht in beliebige Form drückbare und ziehbare Material als gleichmässig dicke Schicht aussen oder innen an krumme und gewinkelte Tragkörper anpressen lässt.
Es kann auch angestrebt werden, dass die so hergestellte Zellstrukturschichten statt mit dem formgebenden Träger verklebt zu werden, davon abgelöst werden können um als selbsttragende Isolierschale, beispielsweise auch als Rohr oder sonstiger Formkörper, verwendbar zu sein. Zu diesem Zweck kann der formgebende Körper entweder mit einer Trennschicht ( Teflon -Basis) versehen werden oder auch mit einer dünnen Blechfolie oder einer anderen Trennfolie. Dies kann auch auf der der formgebenden Fläche abgekehrten Seite der Schwammschicht vorgesehen werden.
Beim Aushärten des Kunstharzmaterials im Schwamm-Material, was durch Wärmeeinfluss in einem Ofen, Warmluftzuführung oder Infrarotbestrahlung, auch Diathermie beschleunigt und verbessert werden kann, entsteht ein kleinzelliges und formfestes Leichtbaumaterial mit einem spezifischen Gewicht von 0,1 bis 0,4 je nach Menge und Art der eingebrachten Kunstharzmischung mit offenen und gegenseitig verbundenen Zellräumen und einer guten Zug- und Druckfestigkeit, die etwa bei Werten von 10-30 kg liegt. Es kann ohne abschliessende und schützende Aussenhaut als wärmeisolierende, aber einen Gas- und Flüssigkeitsdurchtritt ermöglichende Wand verwendet werden.
Eine Belegung und Verklebung der freien Oberflächen mit Deck- und Schutzfolien oder ein nachträgliches Aufbringen solcher Schutzbeläge, beispielsweise auch als Gemisch von Glasfasern und Polyesterharz, wird aber meistens vorgezogen werden.
Process for producing a lightweight construction material and lightweight construction material produced by the process
The present invention relates to a method for producing a dimensionally stable lightweight construction material based on synthetic foam. Known synthetic foam bodies with a dimensional stability that is somewhat sufficient for the production of structural bodies and building boards can be produced by foaming mold cavities with hard urethane foam compound or by cutting hard urethane foam blocks. At temperatures above 650 C, however, urethane-based foam bodies are no longer resistant. They then tend to flatulence as a result of internal gas development and softening of the material.
The invention aims to produce a lightweight construction material with significantly better resistance to higher temperatures, preferably up to temperatures in the range above 1200.degree.
The method according to the invention is characterized in that resiliently bendable and walkable synthetic sponge material with open, mutually connected pores is soaked with a hardenable synthetic resin liquid until at least a large part of the inner pore surfaces is wetted, that excess synthetic resin liquid is pressed out and that the adhesive-soaked and thus obtained Artificial sponge material that can be easily pressed into any shape is cured after the desired shape.
A solid powder, for example quartz flour or chalk flour, or metal powder is preferably mixed into the synthetic resin liquid before it is drummed into the flexible synthetic sponge material.
Epoxy resin is advantageously used as the synthetic resin liquid, at least for use in conjunction with polyester synthetic sponge. It should be noted that certain synthetic resins in contact with certain synthetic sponge materials cannot cure properly or have a destructive effect on the base material, so that the desired result cannot be achieved with unfavorable component groups.
Using polyester synthetic sponge, epoxy resin with added hardener and quartz powder, it has been possible to produce adhesive and curable foam mats that are flexible and that can be pressed and pulled into any shape; the z. B. can be pressed as an intermediate layer between other panels or layers to be connected or can be used for lining hollow shells, for covering bodies, for winding support mandrels, etc. and can be cured either for permanent adhesion to the forming support bodies or detachable therefrom .
In this way, a small-cell and dimensionally stable lightweight construction material with a low specific weight in the order of 0.1-0.3 g / cm3, a correspondingly good thermal insulation capacity and considerable strength, with compressive strength values in the range of 10-30 kg / cm2 cross section , or equally high tensile strengths as well as good resistance to unfavorable climatic influences can be achieved.
According to the invention, a small-cell and dimensionally stable lightweight construction material on the basis of synthetic sponge material with open cell spaces produced by the method according to the invention is characterized in that the cell chamber walls are solidified by attached and hardened synthetic resin. Solids can be mixed with the synthetic resin.
An exemplary embodiment of the method according to the invention is described in detail below with variants.
A flexible, bendable and walkable polyester-based plastic sponge with open, mutually connected small-scale cell chambers, preferably in the form of a mat of the thickness of the solid insulating layer to be produced, is used. The density of such material is approximately in the range of 20 to 40 kg / m3. With a liquid, curable epoxy resin, which is preferably quartz powder or other mineral powder such. B. Chalk flour is added in a weight ratio of 1: 1 so that the liquid still flows easily, the artificial sponge material is soaked.
This can be done by covering the artificial sponge with the liquid in a container that can be placed under vacuum and then sucking the air out of the container, preferably with simultaneous drumming of the artificial sponge in the liquid so that the liquid penetrates into all cell spaces of the artificial sponge. The synthetic sponge, which is now largely filled with synthetic resin liquid, is then squeezed out in order to drive out most of the liquid, because the cell spaces of the synthetic sponge should not remain filled with synthetic resin, but only the cell chamber walls should be wetted with synthetic resin as evenly as possible.
This goal can also be achieved by adding a predetermined amount of synthetic resin solid material, for example 150-300 kg per m3 of synthetic sponge material to be treated, to the synthetic sponge by mechanical milling or rolling, for example by repeatedly passing a synthetic sponge mat to be soaked with it between pairs of rollers -Material is rolled in. In this way a coherent, but easily squeezable and pullable, synthetic resin-impregnated synthetic sponge material is created, which behaves like a moist filter paper mass, but in contrast remains cohesive. Such material can be used to advantage in many ways in this state.
For example, it can be used for the production of composite panels, in the simplest way by inserting it as a plastically flexible adhesive layer between two solid material panels and pressing the whole thing with a low pressure to the desired total panel thickness, whereby it can also be used without gaps on uneven surfaces pressed on and thus glued very well when hardening. So z.
B. using outer aluminum or steel sheets each about 0.5 mm thick with synthetic resin-soaked synthetic sponge mats of a thickness of 6-8 mm, for example, composite panels with a final thickness of 5 mm, which are after curing of the epoxy resin in the sponge material can measure dimensional stability and strength with any known composite panel and are significantly cheaper than metal sheets of comparable strength and rigidity.
Added to this is the often desired thermal insulation ability.
Another very advantageous applicability of said synthetic resin-soaked sponge material is available where with a brittle hollow cell material, eg. B. glass foam, outer shell plates, e.g. B.
Metal sheets are to be combined to form fire-retardant composite panels or where so-called honeycomb cores are to be glued in between cover panels. In such cases, the use of the above-mentioned sponge material with synthetic resin impregnation creates ideal conditions for good adhesion of the layers, because under a small pressure the material is applied evenly and without gaps to the outer shells on the one hand and the edges or tips of the cell structure core and thus embraces itself behaves like a plastic glue.
Another very advantageous application of the synthetic resin-soaked sponge material mentioned is for thermal insulation and for strengthening sheet metal shell structures in vehicle construction, in which the material, which can be easily pressed and drawn into any shape, is pressed as a uniformly thick layer on the outside or inside of curved and angled support bodies leaves.
The aim can also be that the cell structure layers produced in this way, instead of being glued to the shaping carrier, can be detached therefrom in order to be usable as a self-supporting insulating shell, for example also as a pipe or other shaped body. For this purpose, the shaping body can either be provided with a separating layer (Teflon base) or with a thin sheet metal foil or another separating foil. This can also be provided on the side of the sponge layer facing away from the shaping surface.
When the synthetic resin material in the sponge material hardens, which can be accelerated and improved by the influence of heat in an oven, hot air supply or infrared radiation, including diathermy, a small-cell and dimensionally stable lightweight material with a specific weight of 0.1 to 0.4 depending on the quantity and Type of synthetic resin mixture introduced with open and mutually connected cell spaces and good tensile and compressive strength, which is around 10-30 kg. Without a closing and protective outer skin, it can be used as a heat-insulating wall that allows gas and liquid to pass through.
Covering and gluing the free surfaces with cover and protective films or subsequent application of such protective coverings, for example also as a mixture of glass fibers and polyester resin, will mostly be preferred.