DE19962964A1 - Voll- oder Hohlkammerkunststoffprofile - Google Patents

Abstract

Um bekannte Voll- oder Hohlkammerkunststoffprofile, insbesondere zur Aufnahme von Zug-, Biege- und/oder Druckbelastung, wie sie vor allem als Isolierstege in Verbundprofilen aus Metallprofilteilen zum Einsatz gelangen, so weiterzubilden, daß die normalerweise durch höhere Füllstoffgrade des verwendeten Kunststoffmaterials, die das Ausdehnungsverhalten desselben günstig beeinflussen sollen, entstehenden Probleme vermieden werden, wird vorgeschlagen, daß diese eine Oberflächenschicht aus einem kompakten, nichtporösen ersten Kunststoffmaterial und im Kernbereich eine feinporige Zellstruktur aus einem zweiten Kunststoffmaterial enthalten.

Description

Die Erfindung betrifft Voll- oder Hohlkammerkunststoffprofile, insbesondere zur Aufnahme von Zug-, Biege- und/oder Druckbela­ stung, wie sie insbesondere als Isolierstege in Verbundprofilen aus Metallprofilteilen zum Einsatz gelangen.

Bekannte Profile dieser Art sind beispielsweise aus der DE 32 03 361 A1 oder der DE 38 01 564 A1 bekannt und dienen als Wärmedämmprofile zwischen Metallprofilteilen und bestehen aus hochfestem Kunststoff mit schlechten Wärmeleiteigenschaften, beispielsweise aus einem glasfaserverstärkten Polyamid. Diese Verbundprofile werden vor allem bei der Fertigung von Fenster- oder Fassadenelementen eingesetzt.

Diese Verbundprofile und damit auch die Voll- oder Hohlkammer­ profile aus Kunststoff sind erheblichen Einwirkungen ausge­ setzt, beispielsweise Windbelastungen, lotrechten Lasten, ins­ besondere hervorgerufen durch das Eigengewicht einer Verglasung und vor allem herrührend von Temperaturdifferenzen zwischen dem außen und dem innen angeordneten Metallprofilteil des Verbund­ profils. Je weniger sich das Kunststoffmaterial der Isolierpro­ file unter klimatischem Einfluß, nämlich Temperatur und Luft­ feuchtigkeit, verändert, desto geringer sind die daraus resul­ tierenden Spannungen an der Nahtstelle von Kunststoff- und Me­ tallprofil.

Bislang wurde versucht, mit höheren Füllstoffgraden des verwen­ deten Kunststoffmaterials, insbesondere unter Verwendung von mineralischen Verstärkungs- und Füllstoffen, insbesondere Glas­ fasern, das Ausdehnungsverhalten der Kunststoffmaterialien gün­ stig zu beeinflussen, nämlich deren Ausdehnungskoeffizienten herabzusetzen.

Höhere Füllgrade führen aber gleichzeitig zu einer Reihe von Nachteilen. Neben den erhöhten Rohstoffkosten und höherem Ge­ wicht der Isolierprofile entstehen Probleme in der Verarbeitung des Rohmaterials, insbesondere im Hinblick auf Verschleiß und Produktivität. Glasfaserverstärkte Kunststoffe können nach dem Extrudieren und Erstarren unerwünschte Anisotropien, Eigenspan­ nungen, eine stark abnehmende Duktilität und vor allem wiederum eine höhere Wärmeleitfähigkeit als der reine Kunststoff aufwei­ sen.

Gemäß der DE 38 01 654 A1 wird versucht, die Wärmeleitfähigkeit des Isolierprofils durch die Inkorporation von kleinen Glas­ hohlkugeln zu reduzieren. Diese Technologie findet aber sehr schnell ihre Grenzen, und im Hinblick auf die verschärften An­ forderungen hinsichtlich der Energieeinsparung durch den Ge­ setzgeber und der Hersteller von Verbundprofilen wird diese Technologie nicht mehr allen Fällen gerecht.

Aufgabe der Erfindung ist es, das eingangs genannte Voll- oder Hohlkammerprofil so weiterzubilden, daß die vorstehend be­ schriebenen Nachteile möglichst weit zurückgedrängt werden.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs beschriebenen Voll- oder Hohlkammerkunststoffprofil dadurch gelöst, daß dieses eine Oberflächenschicht aus einem kompakten, nicht-porösen ersten Kunststoffmaterial und einem Kernbereich mit einer feinporigen Zellstruktur aus einem zweiten Kunststoffmaterial aufweist.

Herstellen lassen sich die erfindungsgemäßen Profile analog den in der DE 32 03 631 C2 und der DE 195 10 944 C1 beschriebenen Verfahren. Der feinporige Kern wird dabei durch Aufschäumen des zweiten Kunststoffmaterials mittels hierfür bekannten Agentien wie z. H. flüssiges CO₂ oder Azodicarbonamid erhalten.

Durch die Beschränkung des kompakten, nicht-porösen ersten Kunststoffmaterials auf die Ausbildung einer Oberflächenschicht des Kunststoffprofils und die Verwendung eines Kernbereiches mit einer feinporigen Zellstruktur wird eine erhebliche Redu­ zierung der Wärmeleitfähigkeit des Profils insgesamt erreicht. Die Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit ist im wesentlichen auf die Dichtereduzierung bzw. die Gaseinschlüsse in dem Kernbe­ reich zurückzuführen. Diese ergibt parallel dazu ein geringeres Gewicht des Profils und führt zu erheblichen Einsparungen an Rohstoff bei der Herstellung des Kunststoffprofiles. Die mög­ lichen Rohstoffeinsparungen betragen je nach Wanddicke der Oberflächenschicht und dem Einsatzfall bis zu 60%. Hei glei­ chen Abmessungen des Profils gelangt man bei nur geringen Ein­ bußen beim Steifigkeitsfaktor (Querbiegesteifigkeit) zu erheb­ lich verminderten Metergewichten.

Gegenüber herkömmlichen Profilen kann bei gleichem Metergewicht die Wanddicke größer dimensioniert werden, woraus sich erheb­ lich höhere Steifigkeiten bzw. Biegefestigkeiten des Kunst­ stoffprofils ergeben. Überraschenderweise erhält man beispiels­ weise verdoppelte Quersteifigkeitsfaktoren bei nur geringfügig erhöhter Wanddicke, und dies resultiert insbesondere aus der Verwendung von feinporigen Strukturen im Kernbereich, deren me­ chanische Eigenschaften keinen linearen Zusammenhang mit der Dichte aufweisen, wie dies von freigeschäumten, bekannten groß­ porigen Zellstrukturen geläufig ist.

Die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Profile verwendeten ersten und zweiten Kunststoffmaterialien können gleich oder verschieden sein und können Verstärkungsstoffe, Füllstoffe, Mo­ difier- und/oder Zuschlagstoffe enthalten. Bei den Verstärkungs­ stoffen kommen Kurz-, Lang- und/oder Endlosfasern, insbesondere Glas-, Kohle-, Aramid- oder Naturfasern zum Einsatz. Als Füll­ stoffe eignen sich Glaskugeln, Glashohlkugeln, Wollastonit, Glimmer und Nanopartikel.

Unter die Gruppe der Modifier fallen Schlagzähmodifier, UV-Hit­ zestabilisatoren, Leitfähigkeitssubstanzen, Keimbildner, Kopp­ lungsagentien etc.

Bei Profilen, welche einen angeformten Flansch aufweisen, der von einer entsprechenden Nut der Metallprofile eines Wärmedämm­ verbundprofiles eingesetzt wird, empfiehlt es sich, den Flansch an seiner Oberfläche mindestens bereichsweise mit einer feinpo­ rigen Beschichtung, beispielsweise durch Koextrusion, zu verse­ hen. Dadurch kann der Flansch gegenüber der ihn aufnehmenden Nut des zugehörigen Metallprofiles etwas untermaßig hergestellt werden, und die Nutwände können durch eine Rändeloperation an den Flansch angedrückt werden und die feinporige Beschichtung verformen. Dadurch wird ein besonders guter Formschluß zwischen dem Flansch des Profiles und der Nut des Metallprofiles er­ reicht.

Vorzugsweise wird die Zellstruktur des Kernbereiches geschlos­ senzellig sein, so daß eine Vielzahl von isolierenden Gasvolu­ mina in dem Kunststoffprofil vorhanden ist. Die Feinporigkeit und Geschlossenzelligkeit des Kernbereichs ist, wie zuvor schon angesprochen, auch unter dem Gesichtspunkt wichtig, daß die me­ chanischen Eigenschaften nicht mit der Abnahme der Dichte par­ allel gehen, sondern in großem Umfang erhalten bleiben.

Die mittlere Zellgröße sollte insbesondere im Bereich von 0,05 bis 0,1 mm (Durchmesser) liegen, vorzugsweise im Bereich von 0,02 bis 0,05 mm.

Die Dichte des Materials im Kernbereich kann gegenüber der Dichte des Rohmaterials um bis zu ca. 60% vermindert werden.

Die Kunststoffmaterialien, die als Rohstoffe für die Herstel­ lung der erfindungsgemäßen Profile in Frage kommen, reichen von thermoplastischen, duroplastischen bis zur elastomeren Kunst­ stoffmaterialien oder Mischungen hieraus.

Normalerweise wird man für das erste und das zweite Kunststoff­ material dasselbe Rohmaterial verwenden, wobei durch entspre­ chende Verfahrensführung erreicht werden kann, daß sich die kompakte Oberflächenschicht quasi automatisch ergibt und für die Bildung der kompakten Oberflächenschicht neben dem porösen Kernbereich nicht unbedingt auf ein Koextrusionsverfahren zu­ rückgegriffen werden muß.

In besonderen Fällen wird der Kernbereich des erfindungsgemäßen Profils aus einem zweiten Kunststoffmaterial hergestellt, wel­ ches sich von dem Kunststoffmaterial der Oberflächenschicht (erstes Kunststoffmaterial) unterscheidet. Dies eröffnet dann die Möglichkeit, daß für die Bildung der Oberflächenschicht ein hochwertiges Kunststoffmaterial verwendet wird, während im Kernbereich ein preislich wesentlich günstigeres Kunststoffma­ terial Verwendung finden kann.

Die erfindungsgemäßen Profile werden für besondere Anwendungs­ zwecke an der Oberfläche vollständig oder mindestens bereichs­ weise mit Primern, Haftlacken und/oder Leitlacken beschichtet. Damit lassen sich die erfindungsgemäßen Profile auf Nachbehand­ lungsverfahren wie das Pulver-Naßlackier- oder Anodisierverfah­ ren vorbereiten.

Verwendungszweck der erfindungsgemäßen Profile sind insbesonde­ re Wärmedämmprofile bei der Herstellung von Metall-Kunststoff­ verbundprofilen.

Gegenstand der Erfindung sind schließlich wärmegedämmte Ver­ bundprofile, insbesondere für die Herstellung von Fenstern, Tü­ ren, Fassaden oder dergleichen mit einem inneren und einem äu­ ßeren Metallprofil, welche über mindestens ein erfindungsgemä­ ßes Kunststoffprofil wie zuvor beschrieben verbunden und auf einem vorgegebenen Abstand voneinander gehalten sind.

Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.

Es zeigen im einzelnen:

Fig. 1 Eine Schnittansicht durch ein erstes erfindungsgemä­ ßes Kunststoffprofil;

Fig. 2 eine Schnittansicht durch eine weitere Ausführungs­ form eines erfindungsgemäßen Kunststoffprofils;

Fig. 3 eine Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Hohl­ kammerkunststoffprofil;

Fig. 4 eine Schnittansicht durch eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hohlkammerkunststoffprofiles;

Fig. 5 eine Schnittansicht durch eine Variante des erfin­ dungsgemäßen Hohlprofils gemäß Fig. 4; und

Fig. 6 eine Schnittansicht durch eine Variante des erfin­ dungsgemäßen Vollprofils gemäß Fig. 2.

Fig. 1 zeigt ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 versehenes Kunststoffvollprofil mit einer Oberflächenschicht 12 aus einem kompakten, nicht-porösen ersten Kunststoffmaterial und einem Kernbereich 14 aus einem feinporigen zweiten Kunststoffmaterial mit einer geschlossenen Zellstruktur.

Das Profil selber setzt sich im Querschnitt gesehen aus einem Steg 16 sowie einem Flansch 18 zusammen, welcher im Querschnitt eine Trapezform aufweist.

Der Flansch 18 ist so ausgebildet, daß er von einer komplemen­ tär ausgebildeten Nut eines Metallprofilteiles aufgenommen wer­ den kann, welches einen Teil eines Verbundprofiles bildet. Üb­ licherweise wird das Profil 10 in seiner einfachsten Form spie­ gelbildlich zu dem gezeigten Flansch 18 angeordnet einen weite­ ren Flansch aufweisen, so daß zwei Metallprofilteile über das Profil 10 auf Abstand gehalten und miteinander verbunden werden können.

In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt die Dicke s₁ des Kernbereichs 1,76 mm (gemessen am Steg 16) und die Wandstärke s₂ der Oberflächenschicht 12 ist am gesamten Profil 10 ungefähr gleich, d. h. sowohl im Stegbereich 16 als auch in dem Flanschbereich 18, und beträgt beispielsweise 0,12 mm.

Demzufolge reicht der geschlossenzellige, feinporige Kernbe­ reich 14 bis in die trapezförmige Struktur des Flansches 18 hinein.

Dies verleiht dem Profil insbesondere auch in seinem Flanschbe­ reich 18 eine besondere Duktilität, was sich beim Rändeln der den Flansch 18 aufnehmenden Nut des Metallprofilteiles positiv bemerkbar macht, indem die gerändelten Metallprofilbereiche leichter in das Material des Flansches 18 eindrückbar sind und somit leichter ein Formschluß zwischen dem Metallprofilteil und dem Flansch 18 des Profils 10 herstellbar ist.

Mit einem solchen Aufbau des Profiles 10 kann gegenüber einem Vollprofil aus demselben Material wie die Oberflächenschicht 12 eine erhebliche Gewichtsreduzierung bei einem allenfalls uner­ heblichen Steifigkeitsabfall erzielt werden.

Aus den in den Tabellen I und II gelisteten Werten verschiede­ ner mechanischer Parameter lassen sich die besonderen Vorteile des erfindungsgemäßen Aufbaus der Hohlprofile im einzelnen ab­ lesen. Die Werte gelten für ein Vollprofil gemäß Fig. 1, herge­ stellt aus Polyamid 66 mit einem Kurzglasfasergehalt von 25 Gew.-%. Das Vergleichsprofil weist dieselben äußeren Abmessungen auf, ist jedoch durchgängig aus dem kompakten, nichtporösen Kunststoffmaterial aufgebaut wie die Oberflächenschicht 12 des erfindungsgemäßen Profils 10. Die angegebenen Werte gelten für Profile im Feuchtegleichgewicht (23°C und 50% Luftfeuchtig­ keit).

Die Porengröße der Zellen im Kernbereich der erfindungsgemäßen Profile liegt im Bereich von ca. 0,02 bis 0,05 mm.

Der Quersteifigkeitsfaktor ist pro mm Steghöhe h angegeben, das Metergewicht für einen Steg mit ca. 20 mm Steghöhe h.

Zur Bildung des Kernbereichs wurde flüssiges CO₂ verwendet.

Tabelle I zeigt anschaulich, daß bei dem erfindungsgemäßen Pro­ fil eine Gewichtsreduzierung um 28% erzielbar ist, ohne daß die Quersteifigkeit darunter merklich leidet. Lediglich ein Ab­ fall um 6,8% wird beobachtet.

Tabelle I

Tabelle II zeigt anhand der Beispiele 2 bis 4, daß bei einer geringfügigen Vergrößerung (statt 2,00 mm : 2,50 mm) der Ge­ samtdicke mit dem erfindungsgemäßen Profil eine erhebliche Steigerung des Quersteifigkeitsfaktors erzielbar ist (< 100%), wobei das Profil immer noch ein geringeres Metergewicht, ver­ glichen mit dem herkömmlichen Profil des Vergleichsbeispiels, aufweist.

Fig. 2 zeigt eine Variante des Ausführungsbeispiels in Fig. 1, wobei hier ein Profil 20 vorgestellt wird, welches neben ei­ ner Oberflächenschicht 22 einen feinporig und geschlossenzellig aufgebauten Kernbereich 24 aufweist. Auch hier handelt es sich um ein sogenanntes Vollmaterial, wobei gegenüber der Ausfüh­ rungsform von Fig. 1 der Kernbereich sich nur in den Bereich des Steges 26, nicht jedoch in dem Flanschbereich 28 hinein er­ streckt. Die Gewichtsreduzierung, die bei diesem Profil beob­ achtet wird, ist nicht ganz so groß wie die bei dem in Fig. 1, und die verbesserte Duktilität im Flanschbereich 28 entfällt hier ebenfalls im Vergleich zu dem Profil gemäß Fig. 1.

Fig. 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Hohlkammerkunststoffprofil 30 mit einer kompakten Oberflächenschicht 32 und einem feinpo­ rigen, geschlossenzelligen Kernbereich 34. Der Hohlraum des Hohlprofils 30 ist durch einen Steg 36 unterteilt, wobei sich der Kernbereich 34 in den Steg 36 hinein erstreckt. Allerdings bildet der Kernbereich nicht die innere Oberfläche des Hohlpro­ files, sondern diese wird durch ein kompaktes Material aus dem ersten Kunststoffmaterial gebildet, wie auch die Oberflächen­ schicht 32.

Auch hier weist das Profil wieder einen Stegbereich 40 auf, an den sich am freien Ende ein Flansch 42 anschließt.

Eine Variante des in Fig. 3 dargestellten Hohlkammerprofils liegt in der Ausführungsform der Fig. 4 vor, bei der das Pro­ fil 44 von einer Oberflächenschicht 46 aus einem kompakten nicht-porösen Kunststoffmaterial und einem feinporigen, ge­ schlossenzelligen Kernbereich 48 gebildet wird, der nun direkt an den Hohlraum des Hohlprofils 44 angrenzt. Dieser Hohlraum ist wiederum durch einen Innensteg 50 unterteilt, welcher bei dieser Ausführungsform vollständig aus dem Material des Kernbe­ reichs 48 hergestellt ist.

Fig. 5 stellt eine Variante der Ausführungsform der Fig. 4 dar wobei das erfindungsgemäße Profil 52, ähnlich wie das Pro­ fil 30 der Fig. 3, den Kernbereich 54 eingefaßt zwischen der äußeren kompakten, nicht-porösen Oberflächenschicht 56 und ei­ ner kompakten inneren Oberflächenschicht 58 aufweist. Der Kern­ bereich 54 erstreckt sich wie in Fig. 4 in den Bereich des Flansches 59.

Fig. 6 zeigt schließlich ein erfindungsgemäßes Profil 60 mit einer Oberflächenschicht 62 und einem Kernbereich 64, wobei sich die Struktur des Profils in einen Steg 66 und einen Flansch 68 aufteilt. Der feinporige Kernbereich erstreckt sich hier nicht in den Bereich des Flansches 68. Die erhöhte Dukti­ lität, die sich bei solchen Ausführungsformen findet (siehe z. B. Ausführungsform der Fig. 1) läßt sich auch bei dieser Va­ riante erreichen, dadurch, daß man auf einem Oberflächenbereich der Oberflächenschicht 62, die Teil des Flansches 68 ist eine feinporige Beschichtung 70 vorsieht. Hier ergeben sich ähnliche Vorteile wie sie in Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben sind.

Claims (11)

1. Voll- oder Hohlkammerkunststoffprofil, insbesondere für Zug-, Biege- und/oder Druckbelastungen, gekennzeichnet durch eine Oberflächenschicht aus einem kompakten, nicht­ porösen ersten Kunststoffmaterial und im Kernbereich durch eine feinporige Zellstruktur aus einem zweiten Kunststoff­ material.

2. Profil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und/oder das zweite Kunststoffmaterial Verstärkungs­ stoffe, Füllstoffe, Modifier und/oder Zuschlagstoffe ent­ hält.

3. Profil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil einen oder mehrere angeformte Flansche auf­ weist, die an ihrer Oberfläche mindestens bereichsweise eine feinporige Beschichtung aufweisen.

4. Profil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zellstruktur des Kernbereichs geschlos­ senzellig ist.

5. Profil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die mittlere Zellgröße im Mittel im Bereich von 0,05 bis 0,15 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,02 bis 0,05 mm (Durchmesser) liegt.

6. Profil nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte des den Kernbereich bilden­ den Materials gegenüber dem Ausgangsmaterial um bis zu 60% verringert ist.

7. Profil nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Profile aus thermoplastischen, du­ roplastischen oder elastomeren Kunststoffmaterialien oder Mischungen hieraus hergestellt sind.

8. Profil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das zweite Kunststoffmaterial des Kernbe­ reichs und das in der Oberflächenschicht verwendete ersten Kunststoffmaterial gleich sind.

9. Profil nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Profile vollständig oder bereichsweise mit Primern, Haftlacken und/oder Leit­ lacken beschichtet ist.

10. Verwendung eines Profils gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 als Wärmedämmprofil bei der Herstellung von Verbundprofi­ len.

11. Wärmegedämmtes Verbundprofil, insbesondere für die Her­ stellung von Fenstern, Türen, Fassadenteilen oder derglei­ chen, mit einem inneren und einem äußeren Metallprofil, welche über mindestens ein Profil gemäß einem der Ansprü­ che 1 bis 9 verbunden und auf einem vorgegebenen Abstand voneinander gehalten sind.