DE1494109A1

DE1494109A1 - Mehrstufiges Verfahren zum Herstellung spezifisch leichter,mehrschichtiger Formteile mit einem schaumfoermigen poroesen Kern

Info

Publication number: DE1494109A1
Application number: DE19601494109
Authority: DE
Inventors: Marcel Duhoo; Robert Fourcade
Original assignee: Houilleres du Bassin du Nord et du Pas de Calais
Current assignee: Houilleres du Bassin du Nord et du Pas de Calais
Priority date: 1959-11-07
Filing date: 1960-11-04
Publication date: 1969-02-06
Also published as: FR1251267A; LU39305A1; GB900960A; NL257593A; US3194708A; BE596105A; DE1494109B2; SE300500B

Description

HOUILLSEBS PU BASSIN SU HOBD SX DU PA S-DE-C AL AI 3,

16 Plaoe Saint-Ame, DOUAl (!lord)

Mehrstufiges Verfahren zum Herstellen spezifisch leichter) mehrschichtiger Formteile mit einem sohaumförmigen, porösen Kern

Spezifisch leichte formteile mit glatter» fester Oberfläche und großer festigkeit sind insbesondere in form tos lafein als Bauelemente für Wände, Decken, fußböden u. dgl, eefi* gut Ytroendbar. Derartige formteile sind in der Segel *|hrsohiohtig ausgeführt und bestehen aus einem porösen Kern, auf den eine fette und harte Oberflächenschicht aufgebracht ist.

Der poröse Kern besteht dabei sweokmäfiig »us einem getohäumten Kunststoff mit im wesentlichen geschlossenen Poren, s. B. aus einem geschäumten Kunstharz, nie PolyrinylohlorLd. Sie feste und harte Oberflächenschicht besteht tweokmäßig aus

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einer Polyesterformmasse, die neben üblichen Bestandteilen faserstoffe enthält.

Schichtkörper, die aus einem solchen spezifisch leichten, porösen Kern und einer glatten und festen Oberflächenschicht j bestehen und die in der Praxis als "Sandwich-Konstruktionen¹¹ bezeichnet «erden, werden in der Weise hergestellt, daß auf den Schaumkörper eine Klebstoffschicht, z. B. aus Zelluloseacetat oder Epoxyharz aufgetragen und darauf die Oberflächenschicht aus dichtem und glattem Material aufgelegt und so mit dem Kern verklebt wird. Dieses ^erfahren hat sioh auoh bei Schaumkörpern mit offenen Zellen gut bewährt, weil der verwen-

dete Klebstoff in die Poren genügend tief eindringen kann, ! um eine feste Verankerung im Kern zu gewährleisten« Wurde dabei ein Klebstoff verwendet, der mit der aufgebrachten glatten Schicht gut verträglich ist, so wurde ein absolut festes Haften der Oberflächenschicht am Schaumkörper erreicht. Dagegen ergab es sich, daß sich Polyestersoniohtan auf Schaumkörper aus gesohftumten Polyvinylchlorid mit geschlossenen ZeI-len nicht feethaftend aufbringen lieflen, weil fctin Iltfcitoff k bekannt war, der mit beiden Stoffen «o fut vertrtglieh ist, dafl die Polyeatereohicht mit dem Polyvinylehloridke*n mit gesohlos- T •enen Zellen sioh fest verbinden liefl. ι

Ba wurde versucht, auf die Oberfläche eines Kernes aus geschäumtem Polyvinylchlorid Glasfasergewebe aufzubringen, die mit einer veraetibare» Poiyestermisohufcg, die beispielsweise

i Styrol als Monomer enthielt, getränkt waren und den Polyester

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in der Kälte zu polymerisieren. Dabei ergaben sich jedoch folgende Schwierigkeiten!

let der vernetzbare Polyester hochviskos, so dringt das PoIyesterge^isch nicht genügend in die Zellen des Schaumkörpere ein und die Folge ist, daß die Oberflächenschicht nicht fest genug am Kern haftet. Wurde dagegen ein sehr flüssiger Polyester verwendet, so diffundiert das Monomer sehr rasch in das Polyvinylchlorid, was zur Folge hat, daß der Kern aufquillt und aufweicht und dabei verformt wird und ferner nach der Polymerisation nicht polymer!siertes Monomer im Kern zurückbleibt, das das Kernmaterial angreift und fortschreitend zerstört. Auch der Veriuch, diese Schwierigkeit dadurch zu beseitigen, daß der vernetzbare Polyester rasch in ein Gel übergeführt wurde, brachte keinen zufriedenstellenden Erfolg.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, alle diese Schwierigkeiten zu vermeiden und in einem mehrstufigen Verfahren spezifisch leichte mehrschichtige Formteilev'mit einem schaumförmigen porösen Kern mit geschlossenen Poren aus Polyvinylchlorid, auf den eine Polyesterformmasse, die neben üblichen Bestandteilen Faserstoffe enthält, aufgebracht ~m*&. Bei den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formteilen bilden der leichte, poröse Kern und die glasfaserverstärkte Oberflächenschicht ein zusammenhängendes Ganzes, das jedem Versuch, die Oberfläche abzureißen, widersteht. Gemäß der Erfindung behandelt man die Oberfläche des Kerns zuerst mit einem Gemisch aus ungesättigtem Polyester, einem an-

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polymeriaierbaren Monomeren und einem Katalysator, daraufhin wird dieses Gemisch mindestens teilweise gehärtet, und dann bringt man auf die so erhaltene Oberfläche Paserlagen, die mit der PolyesterformmaBse getränkt sind, auf und härtet das Ganze endgültig aus. Besonders gut geeignet ist für dieses Verfahren ein Polyeetergemisch, das 40 $ Styrol, bezogen auf das Gewicht des ungesättigten Polyesters, enthält.

Während bei den bekannten Verfahren, bei denen mit ver^netibarer Polyestermischung getränktes Glasfasergewebe auf die Oberfläche des Kernes aufgebracht wurde, nicht beherrscht werden konnte, wie tief das Monomere des Gemisches auflösend, erweichend und zerstörend in das Gefüge des porösen Kernes eindringt und auch die Zusammensetzung des Gemisches im Hinblick auf die Polymerisation der gesamten aufgebrachten Schicht berechnet werden mußte, gibt das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit, beim ersten Verfahrensschritt, d. h. beim Aufbringen der Zwischenschicht, die Gesamtmenge des auf die Oberfläche aufgebrachten Gemisches und dessen Gehalt an Monomerem so zu dosieren, daß die Oberfläche des porösen Kernes nicht zu weitgehend erweicht oder gar zerstört wird sondern das Monomere nur oberflächlich in den Kern eindringt. Die feste Verbindung zwischen Polyesterschicht und Polyvinylchloridkern ist dabei darauf zurückzuführen, daß der aufgebrachte, vernetzbare Polyester in die dünnen Wände der geschlossenen Zelle des Polyvinylchloridkernes bis zu einer gewissen Tiefe, die von der Struktur des Schaumkörpers und der Art des Polyester gemisches abhängt, hineindiffundiert. Die Eindringtiefe hängt dabei von der Viskosität des Gemisches ab, und kann durch entsprechende Wahl der Zusammensetzung genau eingestellt werden,

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wobei die Zusammensetzung des für den ersten Verfahrensschritt verwendeten Gemisches von der Zusammensetzung des Gemisches, mit dem die Polyesterformmasse getränkt ist, abweichen kann. Ein zu tiefes Eindringen des Gemisches, das im ersten Verfahrensschritt aufgebracht wird, kann dabei nicht nur durch die Dosierung der aufgebrachten Menge und entsprechende Wahl der Viskosität verhindert werden, sondern auch dadruch, daß der zweite Verfahrensschritt, d. h. die Härtung der Zwischenschicht, erfolgt, sobald das Gemisch ausreichend, aber ohne die Oberfläche des Kernes zu beschädigen, in diese eingedrungen ist. Dabei besteht schon mit Rücksicht auf die verhältnismäßig geringe aufgebrachte Menge keine Gefahr, daß der Kern aufquillt oder deformiert wird. Die flüssigen Bestandteile des Polyestergemisches dringen dabei nicht nur in die Poren des Kernes ein, sondern auch in die dünnen Zellwände, so daß die ganze Oberflächenzone von Polyester durchdrungen wird. Bei der anschließenden Polymerisation wird der in die Oberflächenzellen eingedrungene Polyester polymerisiert und bildet dann einen überzug auf und innerhalb der Oberflächenschicht des Schaumkörpers. Dadurch wird die Oberfläche des Schaumkörpers einerseits verfestigt und verstärkt und andererseits hindert sie bei dem folgenden Verfahrensschritt, bei dem flüssiger oder gelierter Polyester aufgebracht wird, das Eindringen dieses Polyesters in den porösen Kern. Die Wirkungeweise dieser Oberflächenschicht unterscheidet sich aber sehr wesentlich von der einer Leimschicht, wie sie bei den bekannten Verfahren angewandt wurde. Bei diesem Verleimen drang der Leim nur mehr oder weniger tief in die offenen Oberflächenporen des Kernes ein, hatte aber seiner Natur nach keine

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Verwandtschaft mit dem Polyester, was die Neigung zum Abreißen erklärt. Im Gegensatz dazu handelt es sich beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht lediglich um eine physikalische oder mechanische Verankerung, sondern um eine tiefgehende echte Verschweißung, die einerseits auf dem Angriff des Imprägnierungsmittels auf die Zellwände und andererseits auf der Verwandtschaft zwischen dem in der ersten Verfahrenastufe verwendeten Polyestergemisch und dem zur Tränkung der Faserschichten verwendeten Polyester beruht.

Die beim dritten Verfahrensschritt auf den vorbereiteten Kern aufzubringenden Gewebe- oder Faserschichten, die mit flüssigem oder gelförmigem Polyester getränkt sind, können auch pulver- oder faaerförmige Beachwerstoffe enthalten und können nach bekannten Methoden, etwa durch Aufspritzen mit der Spritzpistole, Aufwalzen oder Auflegen von Matten o. dgl., aufgebracht werden.

Nach dem erfinduggsgemäßen Verfahren lassen sich nicht nur ebene Platten, sondern auch Körper mit komplizierterer Formgebung herstellen. Dabei können die verwendeten Kerne aus Polyvinylchloridschaum von vornherein der P^om und den Abmessungen, die das Bndprodukt aufweisen soll, entsprechend hergestellt werden. Die Kerne können aber auch aus mehreren Teilen aus Polyvinylchlorid zusammengesetzt werden, wobei auch Verstärkungen, z. B. Profilstücke aus durchgehärtetem Polyester in die Kerne eingelegt werden können, die mit den Kernoberflächen ebenfalls nach dem eriindujatgsgemäßen Verfahren verbunden werden können.

Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß die Eindringtiefe

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von der Struktur des Polyvinylchloridschaumes sowie von der Art des Polyestergemisches abhängt. Dabei sind Art und Mengenverhältnis der Bestandteile des Polykondensats, Länge der Molekülketten (mittleres Molekulargewicht), Art und Mengenverhältnis des Monomeren von wesentlicher Bedeutung.

Als sehr gut verwendbar hat sich folgendes Gemisch bewährt: 40 Gewichtsteile Styrol werden zu 100 Gewichtsteilen folgender Mischung hinzugefügt: 5 Mol Propylenglykol, 2 Mol Phthal- · säureanhydrid, 3 Mol Maleinsäure.

Dieses Gemisch wird einer Polykondensation unterworfen, bis die Säurezahl von etwa 45 und ein Hydroxylwert von etwa 50 erreicht sind, was einem mittleren Molekulargewicht von 4OO bis 500 entspricht. Die Eindringtiefe dieses Harzes in ein feeehandelsübliches geschäumtes Polyvinylchlorid vom spezifischen Gewicht 60 kg/m beträgt etwa 4 mm. Das Gemisch muß, wenn es auf den Schaumstoffkern zur fiinwirkung gebracht wird, bereits die für die Polymerisation erforderlichen Katalysatoren und Beschleuniger enthalten. Das Gemisch kann in Aceton gelöst mittels einer Spritzpistole aufgebracht werden. Es polymerisiert bei 20° 0 in etwa 20 Minuten, wenn es auf 100 g Harz etwa 1,7g Benzoylperoxyd als Katalysator und 0,5 g Diäthylanilin als Beschleuniger enthält»

Nachdem diese Oberflächenbehandlung und die Polymerisation der Oberflächenschicht durchgeführt ist, wird die Faserlage, die mit der Polyesterformmasse getränkt ist, aufgebracht. Diese Polyestermasee kann sich von dem zur Behandlung der Oberfläche verwendeten Polyesterharz unterscheiden und beispielsweise flüssig sein.

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Für diese Polyestermaese ist beispielsweise folgende Zusammen setzung sehr gut geeignet:

100 Gewichtsteile eines Gemisches aus: 4 Mol Proylenglykol

1 Mol Diäthylenglykol

2 Mol Phthalsäureanhydrid

3 Mol Maleinsäure
62 Gewichtsteile Styrol.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann etwa folgendermaßen verfahren werden: Das vorstehend angegebene Gemisch für den ersten Verfahrensschritt wird in zwei Behältern angesetzt. Der erste Behälter enthält 100 Gewichtsteile des Gemisches und 3,4 Gewichtsteile Benzoylperoxyd als Katalysator, 1 Gewichtsteil grünen Farbstoff und 8 Gewichtsteile Aceton als Lösungsmittel.

Der zweite Behälter enthält 100 Gewichtsteile dea gleichen Artgemisches, 1 Gewichtsteil Diäthylanilin als Beschleuniger, 1 Gewichtsteil weißen Farbstoff, 6 Gewichtsteile Aceton als lösungsmittel. In diesem Fall enthält also das eine Gemisch den Katalysator, das andere den Beschleuniger. Der Inhalt beider Behälter wird mittels zweier Spritzpistolen in gleichen Mengen auf die Oberfläche des Kernes aus schaumförmigen PoIy-J₀ vinylchlorid mit geschlossenen Poren aufgespritzt. Die Menge

σ» des aufgespritzten Gemisches beträgt 300 g auf dem Quadrato

*"**·· meter, bei zweiseitiger Behandlung sind also 600 g je Quadrat-

^ meter Platte erforderlich. Die Polymeriaation nach dem Auf-

ο bringen dauert bei einer Temperatur von 20 bis 25 ca.

15 bis 20 Minuten. Beim Aufbringen der Polyesterformmasse können Glasfasern in verschiedenen Formen benutzt werden. Es

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können einerseits geschnittene Pasern durch Aufblasen gleichzeitig mit der Polyesterformmasse aufgebracht werden, oder es können Glasfasergewebe vor dem Aufbringen der Polyestermasse aufgelegt werden. Ss können Schließlich auch zuerst Matten aus Glasfasergewebe, die mit Polyesterharz getränkt sind, hergestellt und diese dann auf den fertigen Kern aufgelegt werden. Bei der Herstellung dieser Matten kann folgendermaßen verfahren werden«

Zuerst wird auf die Oberfläche der Hohlform ein überzug aus faserfreiem Harz von etwa 300 g pro Quadratmeter aufgebracht. Dieses- Harz entsteht durch gleichzeitiges Aufspritzen folgender beiden Gemischet

Gemisch Hr. 1»

100 Gewichtsteile Harz A

5 .'Gewichtsteile chloriertes Paraffin 2,97 Gewichtsteile Benozoylperoxyd

5 Gewichtsteile Antimonoxyd

Gemisch Hr. 2%

100 Gewichtsteile Harz A

5 Gewichtsteile ohloriertes Paraffin 0,25 Gewichtsteile Diäthylanilin

5 Gewichteteile Antimonoxyd 0,9 Gewichtsteil· gelber farbstoff

Das Harz A hatte folgende Zusammensetzung:

62 Gewichtsteile Styrol wurden hinzugeführt zu 100 Gewichts-

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teilen eines Gemisches aus)

4 Mol Propylenglykol

1 Mol Diäthylenglykol

2 Mol Phthalsäureanhydrid

3 Mol Maleinsäure

Das Benzoylperoxyd und das Diäthylanilin dienen als Katalysator bzw. Beschleuniger. Das chlorierte Paraffin und das Antimonoxyd haben den Zweck, das Harz selbstlöschend zu machen.

Auf die so aufgebrachte Schicht wird dann eine Schicht aus dem gleichen Harz aufgebracht, die eine Glasfasereinlage enthält mit Strängen aus je 60 Pasern, die 40 mm lang geschnitten sind, wobei auf den Quadratmeter 120 g Fasern und 1940 g Harz kommen. Daraufhin wird auf die beiden bereits aufgebrachten Schichten ein Glasfasergewebe mit einem Gewicht von 1350 g pro Quadratmeter aufgelegt und auf diese Gewebeschicht nochmals die gleiche Menge des vorher beschriebenen Gemisches aus Harz und Glasfasern aufgebracht. In diese Hohlform wird dann der durch die Oberflächenbehandlung gemäß der Erfindung vorbereitete Block aus geschäumtem Polyvinylchlorid eingebracht, nachdem auf seine Oberfläche das gleiche Harzgemisch, wie es in der form verwendet wurde, aufgetragen wurde, wobei 400 g Harz je Quadratmeter verwendet werden. In gleicher Weise wird der zweite Teil der Hohlform behandelt, die Form geschlossen und unter einem Druck von 1 kg/cm auspolymerisiert. Die Mengen an Katalysator und Beschleuniger wurden so gewählt, daß bei einer Baumtemperatur von 20° C eine Gelbildung 1 l/2 Stunden nach dem Schließen der Form eintrat. Der Formkörper konnte etwa 12 Stunden nach dem Schließen der Form aus dieser wieder entnommen

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werden.

Aua einer so hergestellten !tafel wurden Probestücke geschnitten, mit denen folgende Versuche gemacht wurdent

Zugversuch!

Proben von 10 χ 2 χ 80 cm, Meßlänge 50 cm, Ziehgeschirindigkeit 20 mm/Minute Zerreißfestigkeit» 1342 lcg/cm² Dehnung: 10,48 i»

Dehnungsmodul: 12 800 kg/cm

Biegeversuch»

Der Ver»uch wurde durchgeführt am Dynstat Bruchfestigkeit! 1450 kg/cm² Biegungsmodult 48 715 kg/cm

Stoßversuoht

Der Versuch wurde durchgeführt am Dynstat Brucharbeitt 420,3 kg/cm/cm/cm

Wärmebeständigkeit»

Diese ist definiert durch die Temperatur in ° C, bei der der Biegungemodul gleich 4000 kg/cm ist.

Wert: Oberhalb 280° G (bei 280° C betrug der Biegungemodul 10 000 kg/cm²).

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Claims

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Patentansprüche

Mehrstufiges Verfahren zum Herstellen spezifisch leichter, mehrschichtiger Formteile mit einem schaumförmigen porösen Kern mit geschlossenen Poren aus Polyvinylchlorid, auf den eine Polyester-Formmasse, die neben üblichen Bestandteilen Faserstoffe enthält, aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche des Kerns zuerst mit einem Gemisch aus ungesättigtem Polyester, einem anpolymerisierbaren Monomeren und einem Katalysator behandelt, daraufhin dieses Gemisch mindestens teilweise härtet und dann auf die so erhaltene Oberfläche Faserlagen, die mit der PoIy-,ester-Formmasse getränkt sind, aufbringt und das Ganze endgültig aushärtet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyestergemisch 40 # Styrol - bezogen auf das Gewicht des ungesättigten Polyesters - enthält.

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J.Q Unterlagen (Art. 7 ":. ■ . ■ N-. i S..L- Z der. Ändcrungsfle3. v. 4. 9.196.