DE60214917T2

DE60214917T2 - Isolierstruktur bestehend aus Schichten von Vliesstoff und Verstärkungsnetzen

Info

Publication number: DE60214917T2
Application number: DE60214917T
Authority: DE
Inventors: Jacques Baudonnel
Original assignee: Chomarat Composites SAS
Current assignee: Chomarat Composites SAS
Priority date: 2001-03-07
Filing date: 2002-03-07
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2022-03-08
Also published as: EP1238794B1; FR2821787A1; DE60214917D1; EP1238794A1; FR2821787B1; EP1238794B9; ES2273984T3; ATE340696T1; DK1238794T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Produkte, die verwendbar sind, um gegebenenfalls thermogeformte Strukturen zu bilden und sie zielt insbesondere auf jene dieser Strukturen ab, die einen Wärmeisoliercharakter und/oder Schallisoliercharakter haben, der mit einem anfänglichen Verstärkungscharakter verbunden ist.
Auf dem allgemeinen obigen Gebiet ist es bekannt, auf Strukturelemente zur Ausbildung von Wänden im allgemeinen Sinne des Ausdrucks zurückzugreifen, d.h. Elemente mit ebenem Charakter oder geformt, die es z.B. zur Funktion haben, Bereiche mit eigener Funktionalität, Volumina zu begrenzen oder auch bewegliche Felder zu bilden wie jene, die Tresore und Schränke als Türen, Beschläge, Ablageplatten usw. ausstatten.
Bereits seit gewisser Zeit ist der Stand der Technik bemüht, solche Strukturelemente derart auszuführen, daß sie bei einem interessanten Selbstkostenpreis unter Aufweisen von mechanischen Eigenschaften erhalten werden können, die mit der beabsichtigten Anwendung zusammenhängen.
Es ist daher häufig vorgeschlagen worden, solche Strukturelemente aus plattenförmigen Komplexen mit Plastik- oder Kartonmaterial auszuführen, die gegebenenfalls imprägniert sind, gegebenenfalls verbunden mit Lagen von Plastikmaterialen, die im allgemeinen im Schaumzustand sind.
Wenn bei bestimmten Anwendungen solche Eigenschaften als akzeptabel betrachtet werden können, löst im Gegenzug eine solche Technologie bei zahlreichen anderen nicht das doppelte Problem der Leichtigkeit, gepaart mit einer bestimmten mechanischen Beständigkeit.
Außerdem wird das legitime Bedürfnis, den Selbstkostenpreis solcher Platten oder Wänden vermindern zu können, insbesondere für bestimmte Anwendungen, im allgemeinen nicht mehr mit dem Einsatz solcher Techniken erreicht.
Es läßt sich daher das Bedürfnis spüren, über Strukturelemente verfügen zu können, die leicht sind, beständig sind, geeignet sind, bei einem interessanten Selbstkostenpreis hergestellt zu werden und in der Lage sind, zusätzlich Wärmeisolier- und/oder Schallisolierfunktionen anzunehmen wie dies insbesondere bei den spezifischen Anwendungen wie dem Automobilbereich gewünscht ist, sogar jenen der Ausführung von Rahmen, Käfigen, Kammern oder anderen geschlossenen Orten, die vorgesehen sind, Produktionsquellen von Verbrennungsenergie zu beherbergen wie jene, die auf Wärmemotoren vom Explosionstyp, seien sie mit Zündfunken oder nicht, zurückgreifen.
Aufgabe der Erfindung ist es, diesem Bedürfnis zu entsprechen, indem ein neues Strukturelement vorgeschlagen wird, das zusätzlich den Vorteil aufweist, wärmeformbar zu sein und hygrometrisch stabil zu sein, derart, daß es sowohl als genanntes Strukturelement als auch als Beabstandungsstruktur oder Entlastungsstruktur zwischen zwei Platten, Feldern oder Verkleidungsblenden, mit denen es eine stabile, leichte und beständige definitive Struktur bilden kann, verwendet werden kann.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es auch, ein Strukturelement bereitzustellen, das wärmestabil innerhalb der Grenze der thermoplastischen Matrizen ist.
Um die obigen Aufgaben zu lösen, zielt die Erfindung auf einen im allgemeinen plattenförmigen Komplex ab, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er sich zusammensetzt aus:

– einem Kern mit kohärentem Charakter, der aus einem Amalgam von Verstärkungsfasern und thermoplastischen Fasern besteht, die wenigstens teilweise verbunden sind,
– und wenigstens einer Verstärkungsarmierung vom Gittertyp, die aufgelegt ist auf und innig verbunden ist mit einer der großen Flächen der Armierung.

Verschiedene andere Merkmale treten aus der unten gegebenen Beschreibung mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen hervor, welche als nicht begrenzende Beispiele Ausführungsformen des Gegenstands der Erfindung zeigen.
Die 1 ist eine Teilperspektivansicht eines Komplexes gemäß der Erfindung.
Die 2 ist eine Teilschnittansicht in größerem Maßstab, die im wesentlichen gemäß der Ebene II-II der 1 genommen ist.
Die 3 ist ein zur 2 analoger Schnitt, welcher aber eine Ausführungsvariante veranschaulicht.
Die 4 und 5 sind zu den 2 und 3 analoge Teilschnitte, welche aber zwei andere Ausführungsformen veranschaulichen.
Die 1 zeigt, daß der plattenförmige Komplex gemäß der Erfindung sich kennzeichnet durch einen einfachen Elementaufbau, der einen Kern 1 mit kohärentem Charakter verwendet, welcher aus einem Amalgam 2 von Verstärkungsfasern und Fasern aus thermoplastischem Material besteht, die untereinander wenigstens teilweise verbunden sind. Unter Verstärkungsfasern versteht man die folgenden Materialien: Glas, Aramid, Kohle. Unter thermoplastischen Fasern gilt es, eine Wahl von homogenen Fasern als Ausgangsmaterial festzuhalten oder auch eine heterogene Wahl in dem Maße, wie eine zeitliche Stabilitätskompatibilität aus ihrem innigen Kontakt resultieren kann und in dem Maße auch, wie es durch die Schmelz- oder Erweichungswirkung möglich ist, sie untereinander zu verbinden sowie mit den Verstärkungsfasern. Unter den möglichen Materialien genügt es, Polyethylen, Polypropylen, Polyester, Polyamid, gegebenenfalls im Gemisch zu nennen.
Die Verstärkungsfasern und die thermoplastischen Fasern weisen einen nicht kontinuierlichen Charakter und vorzugsweise eine Elementlänge unter 10 cm auf.
Diese Fasern werden vorteilhaft derart aus Recyclingmaterial hergestellt, daß die Kosten gesenkt werden.
Das Amalgam 2 besteht aus thermoplastischen Fasern in einem Anteil zwischen 15 und 60 % im Verhältnis zum Gesamtgewicht von Verstärkungsfasern und thermoplastischen Fasern.
Es ist vorteilhaft, das Amalgam 2 aus Glasfasern zu bilden, deren Durchmesser zwischen 11 μm und 24 μm liegen kann, während die Fasern aus thermoplastischem Material erzeugt werden, um einem Titer zwischen 1,7 und 110 dtex zu entsprechen.
Das Amalgam 2 wird derart erzeugt, daß die Verstärkungsfasern und das thermoplastische Material einem Temperaturanstieg bis zu einer Schwelle unterzogen werden, die derart ist, daß das Erweichen oder das Schmelzen der thermoplastischen Fasern hervorgerufen wird, nach welchem das Amalgam heiß einer Festigungs- oder Kompressionskraft derart unterliegt, daß eine Verbindung unter den Bruch- und Kontaktpunkten zwischen den thermoplastischen Fasern und den Verstärkungsfasern etabliert wird, welche relativ kompaktiert oder komprimiert sind.
Das Amalgam 2 weist auf diese Weise eine Kohärenz mit einem Strukturverhalten analog zu einer einheitlichen homogenen Masse auf und kann leicht gehandhabt, gelagert und umgeformt werden.
Obwohl die Herstellungsart des Amalgams 2 genau gesagt nicht zur Aufgabe der Erfindung gehört, kann angezeigt werden, daß ein solches Amalgam allgemein plattenförmig kontinuierlich oder schrittweise erzeugt werden kann, z.B. in einer Gußform, die ihm eine geeignete Standardgröße verleiht.
Der allgemein plattenförmige Komplex gemäß der Erfindung kennzeichnet sich außerdem durch das Vorliegen wenigstens einer Verstärkungsarmierung, die in ihrer Gesamtheit durch das Bezugszeichen 3 bezeichnet wird und welche auf einer der großen Seiten wie die Seite 2a des Kerns 1 aufgelegt wird, indem sie innig mit dieser Seite derart verbunden wird, daß eine einheitliche Gesamtheit frei von Spaltungsrisiken in der künstlichen Spaltebene zwischen der Seite 2a und der Armierung 3 gebildet wird.
Gemäß der Erfindung wird die Armierung 3 gebildet durch eine Struktur vom Gittertyp, welche aus einer ersten Lage 4 von gespannten Verstärkungsfäden 5 besteht, die sich parallel zueinander mit einem konstanten Abstand erstrecken. Per Analogie und Übereinkunft können die Fäden 5 als Kettfäden qualifiziert werden. Die Armierung 3 umfaßt auch eine zweite Lage 6 von Verstärkungsfäden 7, die sich parallel zueinander mit einer Beabstandungsschrittweite oder einem Intervall erstrecken, die/das konstant ist, gegebenenfalls gleich jener/jenem der Fäden 5. Die Fäden 7 können auch per Übereinkunft als Schußfäden qualifiziert werden und erstrecken sich gemäß dem Beispiel der 1 gemäß einer allgemeinen Richtung, die orthogonal oder transversal zur Richtung der Fäden 5 ist.
Im Sinne der Erfindung muß auch bedacht werden, daß eine relative nicht orthogonale Ausrichtung zwischen den Lagen der Fäden 4 und 5 vorliegen kann.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Anordnung ist die Lage 6 durch einfaches Ablegen der Fäden 7 auf den Fäden 5 derart gebildet, daß sie sich ohne Verschlingen überkreuzen.
Im Sinne der Erfindung ist es egal, daß die Verstärkungsarmierung aufgelegt und verbunden wird auf die Seite 2a unter Plazieren der Lage 4 oder gegebenenfalls der Lage 6 bezüglich dieser Seite.
Die Verstärkungsfäden, die die Lagen 4 und 6 bilden, sind untereinander verbunden durch alle geeigneten Mittel, insbesondere durch die Existenz von Verbindungsfäden, die mit den Verstärkungsfäden verbunden oder von diesen letzteren versetzt sein können.
Die Verstärkungsfäden 5 und 7 können Monofilamente oder Multifilamente in Form von Maschen sein und in einem solchen Fall können sie von zusammengemischter Art sein, gegebenenfalls einen oder mehrere Verbindungsfäden einschließen, die aus einem thermoplastischen Material ausgeführt sind, das gewählt ist unter den folgenden: Polyethylen, Polypropylen, Polyethyleneterepthalat.
Die Fäden 5 und 7 sind ausgeführt aus einem geeigneten Material, das vorteilhaft gewählt ist unter den folgenden: Glas, Kohle, Aramid, Polyamid, Polyester mit großer Zähigkeit.
Im Sinne der Erfindung ist es gleichgültig, die vorherige Herstellung der Armierung 3 gemäß einem Verfahren zu berücksichtigen, das die Etablierung von Verstärkungsfäden als gespannte Kettfäden zwischen einem Eingangsabschnitt und einem Ausgangsabschnitt einwirken läßt und auf welcher z.B. durch ein Schußschiffchen die Verstärkungsfäden abgelegt werden, die die Fadenlage 6 bilden. In einem solchen Fall wird die Verbindung der sich überlagernden Lagen 4 und 6 sichergestellt durch Durchlauf in einer Heizpresse oder einem ebenfalls geheizten Kalander derart, daß ein Temperaturanstieg der Verbindungsfäden durchgeführt wird, um eine innige Verbindung auf der Ebene der Überkreuzungspunkte unter den Fäden 5 und 7 zu etablieren.
Es kann auch eine unterschiedliche Technik eingesetzt werden, die z.B. kontinuierlich darin besteht, einerseits das Amalgam 2 und andererseits die Armierung 3 unter nachfolgendem Ablegen auf diesem Amalgam der Fäden 5 und dann der Fäden 7 auszuführen, bevor man die Gesamtheit in einem Gerät zum relativen Temperatur- und Kompressionsanstieg passieren läßt.
In einem solchem Ausführungsbeispiel kann man die Gegenwart der Fäden mit thermoplastischem Material nutzen, die das Amalgam 2 bilden, um eine Verbindung unter den Verstärkungsfäden 5 und 7 der Armierung 3 einerseits und unter jener letzteren und der Seite 2a andererseits zu etablieren.
Um den Gegenstand der Erfindung in der Ausführung der Armierung 3 zu veranschaulichen, werden nachfolgend verschiedene Beispiele angegeben. Beispiel 1: BEISPIELE

Art der Verstärkungsfäden Glas

Art der Bindefäden mit co-PA getränktes Glas

Maschenweite (Beabstandung der Fäden) 4 mm × 4 mm

Beispiel 2:

Art der Verstärkungsfäden Glas

Art der Bindefäden mit co-PA getränktes Glas

Maschenweite 10 mm × 8 mm

Beispiel 4:

Art der Verstärkungsfäden Glas

Art der Bindefäden Glas/PP, zusammengemischt

Maschenweite 10 mm × 10 mm

Beispiel 5:

Art der Verstärkungsfäden Glas/Aramid/Kohle

Art der Bindefäden Glas/Polypropylen, zusammengemischt

Maschenweite 5 mm × 8 mm

Beispiel 6:

Art der Verstärkungsfäden Aramid

Art der Bindefäden mit PA getränktes Glas

Maschenweite 10 mm × 20 mm
Der plattenförmige Komplex, der wie gesagt werden wird ausgeführt ist, weist den Vorteil auf, bei einem Selbstkostenpreis erhalten werden zu können, der um so interessanter ist, wenn eine Großproduktion von Glasfasern in dem Amalgam 2 und/oder in der Armierung 3 aus Altglas stammt.
Der Komplex weist eine kohärente Natur in dem Sinne auf, daß er von einer eigenen Beständigkeit in drei Dimensionen aufgrund der Bindungen profitiert, die durch Verschmelzen unter den thermoplastischen Fasern untereinander und mit den Verstärkungsfasern in der Armierung unter den Fäden der Lagen 4 und 6 der Armierung 3 und unter dem Amalgam 2 und der Armierung 3 etabliert werden. Ein solcher Komplex weist außerdem bemerkenswerte mechanische Merkmale auf, die durch die Verstärkungsfasern verliehen werden.
Ein solcher Komplex ist außerdem hygrometrisch stabil, angesichts seiner ihn bildenden Elemente, was es erlaubt, seinen Einsatz in einer Vielzahl von Anwendungen vorzusehen, wobei sichergestellt ist, daß das Strukturelement, das ganz oder teilweise aus dem Komplex konstruiert ist, einen zeitlich stabilen Zustand für normale Temperaturvariationen betrachtet im Vergleich zur Umgebungstemperatur und jenen Variationen, die Variationen des hygrometrischen Gehalts des Umgebungsmediums sind, anbieten wird und folglich seine mechanischen Eigenschaften dauerhaft bewahren wird.
Der so erhaltene Komplex kennzeichnet sich auch durch einen zusätzlichen Vorteil, daß es das Vermögen hat, eine Wärmeisolierung und Schallisolierung, hauptsächlich aufgrund der Faserkonstitution des Amalgams 2 und seinem Kompaktierungsgrad zu liefern.
Ein anderer Vorteil, der bei der Ausführung des Komplexes berücksichtigt werden muß, ist jener der Wärmeformbarkeit der erhaltenen Platte, wobei vorausgesetzt ist, daß es genügt, die Temperatur des Komplexes zu erhöhen, um die Fasern aus thermoplastischem Material weich zu machen und ein Formen durch geeignete Mittel möglich zu machen. Diese Verformungsmöglichkeit kommt von der Zusammensetzung des Amalgams aber auch der Struktur der Armierung 3, darunter der Verstärkungsfäden 5 und 7, die nicht verschlungen sind und nach Temperaturanstieg ein relativ günstiges Gleitvermögen für ein Formen insbesondere durch Formguß besitzen.
Ein zusätzlicher Vorteil ist jener der guten mechanischen Beständigkeit, die innerlich geboten wird durch den Kern 1 aufgrund seiner Struktur, aber auch durch die Gegenwart der Armierung 3, welche es erlaubt, über eine verstärkte gespannte Seite für das Amalgam 2 zu verfügen.
Es muß im Sinne der Erfindung berücksichtigt werden, daß der Komplex derart ausgeführt werden könnte, daß die großen Seiten des Kerns 1 mit zwei Armierungen verbunden sind wie 3. Diese Möglichkeit ist durch die 2 veranschaulicht, die das Vorhandensein der Armierung 3 und die Gegenwart einer eventuellen Armierung 3₁ auf der gegenüberstehenden Seite 2b des Amalgams 2 zeigt.
Es ist auch das Einverleiben einer Armierung 3 in die Lage des Amalgams 2 gemäß den gewünschten Anwendungen nicht auszuschließen, um einen innen verstärkten Kern 1 zu bilden.
Die 2 zeigt, daß die Ausführung des Komplexes die Gegenwart der Armierung 3 derart einwirken lassen kann, daß sie genau aufgelegt auf die Seite 2a angeordnet ist, während die 3 klar werden läßt, daß die Herstellungsart nach Auflegen der Armierung 3 auf der Seite 2a ein relatives Komprimieren derart einwirken lassen kann, daß die Armierung 3 in ihrer Gesamtheit in die Seite 2a eingedrückt ist.
Das Konstitutionsmerkmal des Kerns 1 durch wenigstens ein Amalgam 2, das aus verbundenen, aber nicht vollständig kompaktierten Fasern besteht, ermöglicht es, es zu planen, einen Komplex auszuführen, um ihn spezifische Formen aufweisen zu lassen, wie Negativabdrücke 10, die durch die 4 veranschaulicht sind. Eine solche lokale Konformation kann anfänglich erhalten werden, entweder bei dem Aufbau oder der Herstellung des Komplexes oder gegebenenfalls durch spätere Rücknahme aus einem Komplex, der eine konstante Dicke aufweist.
Die 5 zeigt eine Variante, in welcher die auf den Komplex angewandte Konformation die gesamte Dicke derart betrifft, daß aus einer der Seiten wie 2b ein Negativabdruck 10 und gleichzeitig aus der Seite 2a ein spiegelbildlicher Positivabdruck 11 begrenzt wird.
Diese Konformationsmöglichkeit erlaubt es, den Komplex als Beabstandungsstruktur zwischen beispielsweise zwei Blenden 12 und 13 zu verwenden, die gemischt gestrichelt veranschaulicht sind und welche von jeglicher geeigneter Art sein können.
In Abhängigkeit des Kompaktierungsgrades des Amalgams 2 wird es möglich, einen einzigen Komplex oder Beabstandungsstrukturen herzustellen, die Beständigkeits- Schallisolierungsmerkmale bieten, welche jeder spezifischen Anwendung angepaßt werden können.
Der Komplex gemäß der Erfindung paßt ebenso gut zu der dekorativen Blendenanwendung, z.B. in Form eines Trägers aus einer verformbarer Platte, der aufgelegt und angeklebt oder anders in Bezug zu der Seite 2a oder 2b befestigt ist, die eine Stützfläche bemerkenswerter Ebenheit bieten.
Unter den zahlreichen möglichen Anwendungen kann man die vorteilhafte Verwendung des Komplexes zur Ausführung von Häuten mit Hohlarmierungsstrukturen nennen wie Bienenwaben aus Karton- oder Plastikmaterial, sogar aus Holz oder auch Kerne auf Basis von Schäumen aus thermoplastischem Material.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Beispiele begrenzt, da verschiedene Modifikationen dort hinzugefügt werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

Allgemein plattenförmiger Komplex, der für die Bildung von – geformten oder nicht geformten – Strukturen verwendbar ist, die eine Verstärkungseigenschaft in Verbindung mit einer Wärme- und Schalldämmung aufweisen sollen, dadurch gekennzeichnet, daß er aus folgendem besteht: – einem kohärenten Kern (1), der von einem Amalgam (2) aus Verstärkungsfasern und aus Thermoplastfasern gebildet ist, die wenigstens teilweise verbunden sind, – und aus wenigstens einer gitterartigen Verstärkungsarmierung (3), die auf einer der großen Flächen des Kerns aufgebracht und mit dieser innig verbunden ist, wobei diese gitterartige Armierung wenigstens aus einer ersten Lage (4) aus parallel zueinander verlaufenden, gespannten Verstärkungsfäden (5) und aus einer zweiten Lage (6) aus parallel zueinander verlaufenden Verstärkungsfäden (7), die quer zu den Fäden der ersten Lage verlaufen, wobei sie sich kreuzen ohne verflochten zu sein, gebildet ist, wobei die genannten Fäden wenigstens lokal durch Schmelzen von Bindefäden aus Thermoplast verbunden sind, wobei die Verstärkungsfasern und die Verstärkungsfäden aus einem Material bestehen, das unter den folgenden ausgewählt ist, nämlich Glas, Kohlenstoff, Aramid.
Komplex nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindefäden zum Amalgam gehören.
Komplex nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindefäden wenigstens zum Teil den Verstärkungsfäden zugeordnet sind.
Komplex nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindefäden aus einem Thermoplast bestehen, der aus den folgenden ausgewählt ist, nämlich Polypropylen, Polyethylen, Polyamid, Polyester.
Komplex nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfäden des Gitters auf der Basis von Altglas bestehen.
Komplex nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Amalgam aus Fasern besteht, die eine Grundlänge von unter 10 cm aufweisen.
Komplex nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Amalgam aus Fasern besteht, die Druck ausgesetzt worden sind.
Komplex nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Amalgam eine konstante Dicke aufweist.
Komplex nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Amalgam lokale Ausformungen aufweist.
Komplex nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Amalgam aus Thermoplastfasern in einem Verhältnis von 15 bis 60 Gew.-% des Gesamtgewichts Kunststoffasern-Verstärkungsfasern besteht.
Komplex nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Amalgam zum Teil aus Verstärkungsfasern und aus Thermoplastfasern auf der Basis von Recyclingmaterial besteht.
Komplex nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Amalgam einer gitterartigen, inneren Verstärkungsarmierung zugeordnet ist, die in seiner Dicke angeordnet ist.
Komplex nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern an wenigstens einer seiner großen Flächen einer dekoraktiven, verformbaren oder nicht verformbaren Beschichtung zugeordnet ist.
Komplex nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern eine Abstandsstruktur bildet.
Komplex nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern wenigstens einer Verkleidung zugeordnet ist.