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DE10124210A1 - Hohlkammer-Verbundplatte - Google Patents

Hohlkammer-Verbundplatte

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DE10124210A1
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Dieter Schauf
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Bayer AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft Hohlkammer-Verbundplatten, die in den beiden Hauptausdehnungsrichtungen gleiche oder ähnliche Biegesteifigkeit aufweisen, und ein Verfahren zu deren Herstellung. Die Hohlkammer-Verbundplatten (8) bestehen mindestens aus einer inneren Folie (2) aus einem thermoplastischen Kunststoff und mindestens zwei damit verbundenen äußeren Folien (4; 5), wobei die innere Folie (2) zu einer dreidimensionalen Struktur verformt ist, die Erhebungen und/oder Senken aufweist, und die innere Folie (2) im Bereich der maximalen Höhe der Erhebungen bzw. Tiefe der Senken der inneren Folie (2) mit den äußeren Folien (4; 5) fest verbunden ist, wobei die innere Folie (2) in den beiden Hauptausdehungsrichtungen die gleiche dreidimensionale Struktur mit einem periodisch wiederkehrenden Muster aufweist. Die Hohlkammer-Verbundplatte kann in einem nachfolgenden Schritt zu Wellprofil- oder Trapezprofil-Platten verformt werden.

Description

Die Erfindung betrifft Hohlkammer-Verbundplatten und -Verbundprofile, die in den beiden Hauptausdehnungsrichtungen gleiche Biegesteifigkeit aufweisen, und ein Verfahren zu deren Herstellung.
Bekannt sind Doppel- und Mehrfachstegplatten aus Kunststoff, die nach dem Profil- Extrusions-Verfahren aus überwiegend einem Werkstoff (evtl. mit dünnen Ober­ flächen-Schutzschichten aus anderen Werkstoffen) hergestellt werden. Sie weisen anisotrope Eigenschaften auf, sind beispielsweise in Extrusionsrichtung biegesteifer als quer dazu. Auch ist eine Kombination von Werkstoffen zur gezielten Einstellung von insbesondere mechanischen Eigenschaften nur eingeschränkt möglich.
Stand der Technik ist die Herstellung von Hohlkammerplatten unterschiedlicher Dicke (überwiegend 3 bis 30 mm) und Breiten bis zu 2,10 m aus im wesentlichem einem Werkstoff wie z. B. PC, PP u. ä. nach der Profil-Extrusionstechnik (evtl. mit dünnen Deckschutzschichten aus einem anderen Material).
Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung bestehen in der Produktion von Hohl­ kammer-Verbundplatten, die in den beiden Hauptausdehnungsrichtungen fast gleiche Biegesteifigkeit aufweisen, aus mehreren Werkstoffen bestehen können und eines Verfahrens zu deren Herstellung.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Hohlkammer-Verbundplatte, die Gegenstand der Erfindung ist, mindestens bestehend aus einer inneren Folie aus einem thermoplastischen Kunststoff und mindestens zwei damit verbundenen äuße­ ren Folien, wobei die innere Folie zu einer dreidimensionalen Struktur verformt ist, die Erhebungen und/oder Senken aufweist, und die innere Folie im Bereich der maximalen Höhe der Erhebungen bzw. Tiefe der Senken der inneren Folie mit den äußeren Folien fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Folie in den beiden Hauptausdehnungsrichtungen die gleiche dreidimensionale Struktur mit einem periodisch wiederkehrenden Muster aufweist.
Die resultierenden Hohlkammer-Verbundplatten weisen in den beiden Hauptausdeh­ nungsrichtungen die gleiche Biegesteifigkeit auf, wenn isotrope Thermoplaste bei der Herstellung eingesetzt wurden.
Bei der Verwendung faserverstärkter Thermoplasten - insbesondere für die Deck­ schichten - weisen die Verbundplatten eine nicht ganz gleiche Biegesteifigkeit in Extrusionsrichtung und senkrecht dazu auf, entsprechend der Anisotropie der ver­ wendeten Werkstoffe.
Unter Hauptausdehnungsrichtung sollen bei einer rechtwinkligen Folie die durch die Kanten vorgegebenen Richtungen verstanden werden.
Geeignete thermoplastische Kunststoffe für die innere Folie sind besonders Polycarbonat PC, PC-ABS-Mischungen, ABS, Polyacrylate z. B. PMMA, SAN, TS, Polyalkylene z. B. PP und Polyester z. B. PBT. Die Dicke der inneren Folie beträgt bevorzugt von 0,05 bis 2 mm, vorzugsweise von 0,2 bis 1,0 mm.
Die äußeren Folien weisen in der Regel die Form einer ebenen Platte auf. Sie können jedoch auch eine andere dreidimensionale Struktur haben, die nicht identisch mit der Struktur der inneren Folie ist.
Die feste Verbindung zwischen der inneren Folie und den äußeren Folien wird vor­ zugsweise nicht durch einen zusätzlich verwendeten Kleber bewirkt sondern durch thermische Anformung der Folien.
Bevorzugt beträgt die maximale Höhe der Erhebungen bzw. Tiefe der Senken der inneren Folie das 1 bis 300-fache, bevorzugt das 5 bis 100-fache, besonders bevor­ zugt das 5 bis 500-fache der Foliendicke der inneren Folie.
In einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die innere Folie und die äußeren Folien aus dem gleichen Material, insbesondere aus transparenten Thermoplasten, bevorzugt aus Polycarbonat oder deren Mischung mit anderen Polymeren, z. B. ABS.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform bestehen die innere Folie und die äußeren Folien aus verschiedenen Materialien.
Geeignete Materialien für die äußeren Folien sind neben den bereits erwähnten ther­ moplastischen Kunststoffen auch faserverstärkte Thermoplaste für die Deckschich­ ten. Die Dicke der äußeren Folien beträgt bevorzugt von 0,1 bis 3 mm, besonders be­ vorzugt 0,2 bis 2 mm.
In einer besonderen Ausführungsform weisen die Erhebungen und/oder Senken der inneren Folie vorgeformte Knickstellen auf.
Diese Ausführungsform wird ebenfalls durch positiv oder negativ-Vakuumtiefziehen oder mechanische Verformung der inneren Folie hergestellt. Alle zuvor genannten Thermoplaste sind grundsätzlich geeignet. Bei häufiger Betätigung (Flip-Flop- Effekt) sind teilkristalline Thermoplaste wie PA, PBT, PP besonders geeignet.
Die Knickstellen sollen eine bevorzugte Verformung senkrecht zur Oberfläche des Verbundes zulassen. Hierdurch kann die Dicke partiell durch Druck variabel einge­ stellt werden (wie es z. B. für Kfz-Dachhimmel aus Polyurethan üblich ist).
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Hohlkammer-Verbundplatten kann nach einem Verfahren erfolgen, bei dem man einer inneren Folie aus thermoplastischem Kunststoff eine dreidimensionale Struktur gibt, die eine Vielzahl von, insbesondere entlang der beiden Hauptausdehnungsrichtungen periodisch wiederkehrenden, Er­ hebungen und Senken aufweist, und die innere Folie mit mindestens einer äußeren Folie auf je einer Seite der inneren Folie in Kontakt bringt und die Folien miteinan­ der fest verbindet. Dies geschieht normalerweise unter Nutzung der Eigenwärme der drei Schichten während des Herstellungsprozesses.
Das Verfahren ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.
Bevorzugt gibt man der inneren Folie die dreidimensionale Struktur durch positiv oder negativ-Tiefziehen oder Prägen.
Geeignete Präge- oder Tiefzieh-Vorrichtungen und geeignete Betriebsbedingungen sind der Fachwelt bekannt und in "Einführung in die Kunststoffverarbeitung" Carl- Hanser-Verlag, München, 2. Auflage, 1986, von Prof. Georg Menges beschrieben.
Bevorzugt verbindet man die innere Folie mit den äußeren Folien durch Heißver­ pressung. Bei artfremden Werkstoffen muss ein Haftvermittler oder Kleber verwen­ det werden.
Geeignete Vorrichtungen und Verfahren zur zusätzlichen Heißverformung und ge­ eignete Betriebsbedingungen sind der Fachwelt grundsätzlich bekannt und in "Kunststoff Maschinen Führer" Carl-Hanser-Verlag, München 1992, S. 619 ff be­ schrieben.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Hohl­ kammerverbundprofiles aus einer Hohlkammer-Verbundplatte, das dadurch gekenn­ zeichnet ist, dass direkt im Anschluss an die Herstellung einer Hohlkammer-Ver­ bundplatte, gegebenenfalls unter Nutzung der Resteigenwände der Folien, die Hohl­ kammerverbundplatte zu einem Wellen- oder trapezförmigen Profil in einer form­ gebenden Einrichtung verformt wird.
Auch das Hohlkammerverbundprofil ist Erfindungsgegenstand.
Es ist auch möglich alternativ das Hohlkammerverbundprofil zu erzeugen, indem die innere vorgeformte Folie zusammen mit den äußeren Folien im kalten Zustand in eine Wellenprägevorrichtung geführt wird, in der durch Wärmezufuhr die Kontakt­ flächen der Folien miteinander verschweißt und gleichzeitig das äußere Wellen- oder trapezförmige Profil aufgeprägt und fixiert wird.
Ein so hergestelltes Profil weist eine geringere Eigenspannung zwischen den Folien auf.
Anhand nachstehender Figuren wird die Erfindung beispielhaft erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Anlage zur Herstellung der Hohlkammer-Verbundplatten in schematischer Form
Fig. 2 die Darstellung der regelmäßig verformten inneren Folie
Fig. 2a, b Querschnitte durch die Folie nach Fig. 2 gemäß den Linien A-A bzw. B-B
Fig. 3a, b Doppelsteg-Wellplattenprofile in Wellen- (3a) und Trapezform (3b)
Fig. 4 eine spezielle Ausführungsform der Hohlkammer-Verbundplatte mit pressverformbarer innerer Folie
Fig. 5 einen Querschnitt durch eine Verbundplatte
Beispiel Beispiel 1
In Fig. 1 ist eine Anlage zur Herstellung von Hohlkammer-Verbundplatten schema­ tisch dargestellt.
Aus dem Extruder 1 wird mit einer Fördermenge von ~10 bis 100 kg/h eine innere Folie 2 aus Polycarbonat (PC) mit einer Breite von bis zu ~2,10 m und einer Folien­ dicke von 0,5 mm gefördert. Die innere Folie 2 wird durch eine Prägevorrichtung 3 geführt, in der der inneren Folie 2 eine regelmäßige, dreidimensionale Struktur ange­ formt wird. Aus zwei weiteren Extrudern 6 und 7 werden die beiden äußeren Folien 4 und 5 mit einer Fördermenge von ~10 bis 100 kg/h mit einer Breite von bis zu ~2,10 m und einer Foliendicke von 0,5 mm gefördert. Die äußere Folie 4 wird von oben, die äußere Folie 5 von unten mit der inneren Folie 2 in Kontakt gebracht. Die aufeinanderliegenden Folien 5, 2 und 4 werden gemeinsam durch eine Verbindungs­ station 9 geführt, die die Folien 2, 4 und 5 bei der Erweichungstemperatur des PC (oberhalb 180°C) in einer Verweilzeit von wenigen Sekunden fest miteinander zur Hohlkammer-Verbundplatte 8 verbindet.
Die Verbundplatte 8 weist einen Abstand benachbarter Erhebungen bzw. Vertiefun­ gen in der inneren Folie 2 von 25 mm auf. Die Erhebungen E oder Vertiefungen V weisen eine Verbindungsfläche von 10 mm Durchmesser zu den äußeren Folien 4 bzw. 5 auf. Der Verbund 8 weist eine Gesamthöhe von 16 mm auf. Die Vertiefun­ gen/Erhebungen sind entsprechend Fig. 2 gleichmäßig beabstandet. Fig. 2a und b zeigen Querschnitte durch die Folie 2 vor dem Verbinden mit den äußeren Folien.
Beispiel 2
In einer Variante zum Beispiel 1 wurden anstelle der halbkugelförmigen Erhebungen E bzw. Vertiefungen V nur Erhebungen E mit terrassenförmigen Knickstellen 10 in der inneren Folie angebracht. Fig. 4 zeigt auf der rechten Seite einen Querschnitt durch den daraus erhältlichen Verbund A mit zwei äußeren Folien.
Auf der linken Seite der Fig. 4 ist die maximal mögliche Verformung einer solchen Verbundplatte dargestellt.
Beispiel 3
Eine Verbundplatte 8, hergestellt nach Beispiel 1, wird direkt im Anschluss an die Verbindung der inneren Folie 2 mit den äußeren Folien 4, 5 einer dimensionalen Ver­ formung zu einer Wellplatte ausgesetzt. Hieraus resultiert die in Fig. 3a gezeigte Wellplatte 11 mit wellenförmigem äußerem Profil. Ähnlich wird mit Hilfe eines trapezförmigen Rollprofilwerkzeuges ein trapezförmiges äußeres Profil des Verbund­ profiles 12 hergestellt wie in Fig. 3b gezeigt ist.
Vergleich
Als Vergleich diente eine 16 mm Verbunddoppelstegplatte aus Polycarbonat mit einem Stegabstand von 25 mm die durch Profilextrusion hergestellt wurde.
Ergebnis
Die in dem Beispiel 1 hergestellten erfindungsgemäßen Platten (Fig. 5) weisen ein um 40% geringeres Gewicht als die Vergleichs-Stegplatte auf und tragen um den Faktor 2,2 höhere Kräfte bei geringerer Verformung. Die Vergleiche wurden mit 2-Punkt Biegeversuchen bei mittiger Punktlast mit 16 mm Doppelsteg- und Ver­ bundplatten nach Fig. 2 gemacht.

Claims (14)

1. Hohlkammer-Verbundplatte (8), mindestens bestehend aus einer inneren Folie (2) aus einem thermoplastischen Kunststoff und mindestens zwei damit verbundenen äußeren Folien (4; 5), wobei die innere Folie (2) zu einer drei­ dimensionalen Struktur verformt ist, die Erhebungen und/oder Senken auf­ weist, und die innere Folie (2) im Bereich der maximalen Höhe der Erhebun­ gen bzw. Tiefe der Senken der inneren Folie (2) mit den äußeren Folien (4; 5) fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Folie (2) in den beiden Hauptausdehnungsrichtungen die gleiche dreidimensionale Struktur mit einem periodisch wiederkehrenden Muster aufweist.
2. Hohlkammer-Verbundplatte (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Höhe der Erhebungen bzw. Tiefe der Senken der inneren Folie (2) das 1 bis 300-fache, bevorzugt das 5 bis 100-fache, besonders be­ vorzugt das 5 bis 50-fache der Foliendicke der inneren Folie (2) beträgt.
3. Hohlkammer-Verbundplatte (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Folie (2) und die äußeren Folien (4; 5) aus dem gleichen Material, bevorzugt aus Polycarbonat oder Mischungen von Polycarbonat mit anderen Thermoplasten bestehen.
4. Hohlkammer-Verbundplatte (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Folie (2) und die äußeren Folien (4; 5) aus verschiedenen Materialien bestehen.
5. Hohlkammer-Verbundplatte (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen und/oder Senken der inneren Folie (2) vorgeformte Knickstellen (10) aufweisen.
6. Hohlkammer-Verbundplatte (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der inneren Folie (2) von 0,05 bis 2 mm und die Dicke der äußeren Folien (4, 5) unabhängig voneinander 0,1 bis 3 mm beträgt.
7. Hohlkammer-Verbundprofil hergestellt aus einer Hohlkammer-Verbundplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
8. Verfahren zur Herstellung von Hohlkammer-Verbundplatten (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man einer inneren Folie (2) aus thermoplastischem Kunststoff eine dreidimensionale Struktur gibt, die eine Vielzahl von, insbesondere entlang der beiden Hauptausdehnungsrich­ tungen periodisch wiederkehrenden, Erhebungen und Senken aufweist, und die innere Folie (2) mit mindestens einer äußeren Folie (4; 5) auf je einer Seite der inneren Folie (2) in Kontakt bringt und die Folien (2; 4; 5) mitein­ ander fest verbindet.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass man der inneren Folie (2) die dreidimensionale Struktur durch Tiefziehen oder prägen gibt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass man die innere Folie (2) mit den äußeren Folien (4; 5) durch Heißverformung miteinander verbindet.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass man für die innere Folie (2) und die äußeren Folien (4; 5) das gleiche Mate­ rial, bevorzugt Polycarbonat oder seine Blends einsetzt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass man für die innere Folie (2) und die äußeren Folien (4; 5) verschiedene Folienmaterialien einsetzt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass man die Erhebungen und/oder Senken der inneren Folie (2) so formt, dass sie Knickstellen (10) aufweisen.
14. Verfahren zur Herstellung eines Hohlkammerverbundprofiles nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass direkt im Anschluss an die Herstellung einer Hohlkammer-Verbundplatte nach einem der Ansprüche 8 bis 12, gegebenen­ falls unter Nutzung der Resteigenwände der Folien, die Hohlkammerver­ bundplatte zu einem Wellen- oder trapezförmigen Profil in einer formgeben­ den Einrichtung verformt wird.
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