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DE1951310A1 - Leichtgewichtiges Verbundgebilde - Google Patents

Leichtgewichtiges Verbundgebilde

Info

Publication number
DE1951310A1
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Authority
DE
Germany
Prior art keywords
core
layers
cellular
fiber
polymeric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19691951310
Other languages
English (en)
Inventor
Summerfield John Alston
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pharmacia and Upjohn Co
Original Assignee
Upjohn Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Upjohn Co filed Critical Upjohn Co
Publication of DE1951310A1 publication Critical patent/DE1951310A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29DPRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B29D99/001Producing wall or panel-like structures, e.g. for hulls, fuselages, or buildings
    • B29D99/0021Producing wall or panel-like structures, e.g. for hulls, fuselages, or buildings provided with plain or filled structures, e.g. cores, placed between two or more plates or sheets, e.g. in a matrix
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/68Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts by incorporating or moulding on preformed parts, e.g. inserts or layers, e.g. foam blocks
    • B29C70/86Incorporated in coherent impregnated reinforcing layers, e.g. by winding
    • B29C70/865Incorporated in coherent impregnated reinforcing layers, e.g. by winding completely encapsulated
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E04BUILDING
    • E04CSTRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C2/00Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
    • E04C2/02Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials
    • E04C2/10Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of wood, fibres, chips, vegetable stems, or the like; of plastics; of foamed products
    • E04C2/20Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of wood, fibres, chips, vegetable stems, or the like; of plastics; of foamed products of plastics
    • E04C2/205Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of wood, fibres, chips, vegetable stems, or the like; of plastics; of foamed products of plastics of foamed plastics, or of plastics and foamed plastics, optionally reinforced

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  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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Description

The Upjohn Company t 0 OKT 1969
Kalamazoo, Michigan, V»St.A». -.'.'.
Le ic htgew icht iges Verbundgebilde
Die Erfindung bezieht sich auf leichtgewichtige Verbundgebilde von ungewöhnlich hohem Pestigkeits-Gewiehtsverhältnis und insbesondere auf das zähfeste Verbinden von Aussensenichten aus faserverstärktem Harz- mit einem polymeren, zelligen Kern und Verstärkung solcher Verbundgebüde ohne wesentliche Gewichtsvermehrung.
Die Literatur ist voll von Berichten über die Herstellung von Schauuistoffverbundgebilden, d,h* solchen, bei denen ein polymerer, zeiliger Kern zwischen zwei äusseren Deckschichten ein-, gabettet ist» Derartige Gebilde werden üblicherweise durch Metallstreifen, Drähte, Stäbe, Wabenwerke oder ähnliche Materialien verstärkt. Sie haben wegen ihrer Leichtigkeit, hohen Stoss-, festigkeit, ausgezeichneten Wärmedämmung und Schwimmfähigkeit insbesondere in der Bau- und Raumfahrtindustrie sowie im Bootsrunipfbau grosse wirtschaftliche Bedeutung erlangt»
Zu den bisher angewendeten Herstellungsmethoden für Verbundge-, bilde gehört das Verfahren des in situ-Verbindens, bei dem zunächst eine Hohiform mit den gewünschten Aussenabäeckungsmaterialien ausgefuttert und dann der polymere, zellige Kern in ihr gebildet wird, siehe 2»B» das Buch von 5?»H, Perrigno "Rigid plastic Foams'1, Verlag Reinhold Publishing Corporation, New Yörkl963, Seiten 75-81 sowie die amerikanischen' Patentschriften 2 6^9 und 2 642 920* Is sind auch schon beispielsweise gemäss den amerikanischen Patentschriften 3 £46 058 und 5 249 659 versahiedene Verfahren entwickelt worden, um in dieser Weise hergestellte Gebilde durch !inbringen von Vörstärkuhgselementen in das Schaumstoff - Reaktionsgemisöh oder durch Verstreben der
Aussenschichten vor dem Kernaufschäumen."in ihrer Festigkeit zu verbessern. Derartige Verfestigungsmassnahmen führten jedoch zu einer beträchtlichen Gev;ichtserhöhung der Gebilde, wodurch sic-h ihre Benutzung für Anwendungsgebiete wie Flugzeugboxtanüteile und Kleinbootabau ausschliesst. Ausserdern hatte diese Art von Verstärkung insbesondere mittels Metallstreifen eine Verschlechterung der thermischen Isolierungseigenschaften zur Folge.
Ein anderes, bekanntes Herstellungsverfahren für Verbundgebüde besteht z.B* gemäss amerikanischer Patentschrift 3 o8O 267 darin, dass man zunächst den polymeren, zeiligen- Kern in einer dem Endprodukt entsprechend gestalteten Hohlform ausbildet und dann mit einer Deckschicht aus faserverstärktem Harz überzieht. Dieses Verfahren stellt die zweckmässigste Herstellungsart dar, weil sie insbesondere bei anders als ebenflächig ausgestalteten Gebilden am leichtesten durchführbar ist. Ausserdern tritt bei ihm nicht das dem ,erstgeschilderten Verfahren anhängende Problem auf, dass die Aussenlagen während der Kernbildung in der Form faltig werden. Obwohl aus einem solchen-vorgeformten Kern hergestellte Verbundgebüde für zahlreiche Verwendungszwecke ausreichen, zeigen sie doch unerwünschte Neigung zur Ablösung der Deckschichten vom Kern, Dies beruht in erster Linie darauf, dass die Haftung zwischen dem leichten, zelligen Kern und den vergleichsweise schwereren Deckschichten nicht dauerhaft ist. Ausserdem weisen die aus einem vorgeformten-Kern hergestellten, mehrlagigen Verbundgebüde im allgemeinen keine Verstärkung«V glieder auf und sind daher nicht in vollem Masse für solche Anwendungsformen zufriedenstellend, bei denen sie Querbelastungs- und/oder Schwingungskraften unterworfen sind, wie sie beispielsweise bei Lästwagenanhängern oder Wohnwagen auftreten. . /.
Es wurde nun erfindungsgemäss gefunden, dass man leichtgewichtige Verbündgebildei die ein verbessertes Pestigkeits-Gewichts-Verhältnis und zähfest verbundene, faserverstärkte Harzdeck-
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schichten aufweisen, dadurch herstellen kann, dass man eine Mehrzahl ..von faserverstärkten Harzzapfen vorsieht, die durch den polymeren, zelligen Kern hindurchreichen und mit den faserverstärkten Harzdeckschichten eine Einheit bilden. Dabei ergab sich auch ziemlich überraschenderweise, dass diese Querzapfen das Gewicht der erfindungsgemässen Verbundgebilde nicht merklich erhöhen, ihre Festigkeitseigenschaften jedoch beträchtlich verbessern.
De.üigemäss bezieht sich die Erfindung auf leichtgewichtige, hochfeste Verbundgebilde, die mit einem zelligen Kern zähfest verbundene, faserverstärkte Harzdeckschichten aufweisen und umfasst in vieltes tem Sinn in Kombination
einen polymeren, zelligen Kern, der zwischen faserverstärkten Harsde.ckschichten eingebettet und mit ihnen verbunden ist, und
eine Mehrzahl faserverstärkter Ilarzzapfen, die durch diesen ■ polymeren, zelligen Ker*n hindurchreichen und mit diesen faserverstärkten Harzdeckschichten eine Einheit bilden.
Der in Beschreibung und Ansprüchen vorkommende Ausdruck "Zapfen" wird dabei J^n seinem üblich verwendeten üinne benutzt, soll also ein Element kennzeichnen, das Drude- und Zugkräften parallel zu .seiner'länge widersteht.
In den beigefügten Zeichnungen stelleu dar:
Fig. 1 ein Schaübild von zwei Faserdeckblattern, die beim er Herstellungsschritt einer besonderen Ausführungsform der erfindungiife^äs.-on ""erbundgebiläe auf einen 'polymeren, zelligen Kern aufgelegt ■..•••ri-n,
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Fig. 2 ein Schaubild von Zapfenelementen, die beim zweiten Herstellungsschritt einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemässen Verbundgebilde in-eine Mehrzahl von Löchern eingesetzt werden, welche das mehrlagige Gebilde gernäos Fig. 1 durchsetzen,
Fig. y ein Schaubild, wie beim dritten Herstellungsschritt einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemässen Verbundgebilde ein nichtzeliiges Polymer auf dem mehrlagigen Gebilde gemäss Fig. 2 ausgebreitet wird.
Fig. 4 einen Querschnitt durch eine besondere Ausführungsform eines mehrlagigen, erfindungsgemässen Gegenstandes, in vergrössertem Masstabe,
Fig. 5 einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform eines mehrlagigen, erfindungsgemässen Gegenstandes,
Fig. 6 einenQuerschnitt ähnlich Fig. 5 durch eine noch andere Ausführungsform eines mehrlagigen, "erfindungsgemässen-Gegenstandes und
Fig. 7 einen Querschnitt ähnlich Fig.-5 und 6 durch eine noch andersartigere Ausführungsform eines mehrlagigen, erfindungsgemässen Gegenstandes«
Die neuartigen, erf indungsgernäüsen, leichtgtJwichtJ gen Verbund gebilde können je nach ihrem Vorwendungszweck in vielfältig unterschiedlicher, geometrischer Form hergestellt werden, wobei ihr neuartiges Unterscheidungsmerkmal darin besteht, dass sie mit die Deckschichten verbindenden, einheitlich angeformten, faserverstärkten Harzzapfen versehen sind«
Die erfindungsgemässen Verbundgeblide eignen sich für alle jene Zwecke, bei denen wünschenswerterweise Materialien verwendet werden, bei denen ein hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis von
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hoher Stuss-, Korrosions- und Verformungsfestigkeit begleitet werden. Sie Bind insbesondere dort brauchbar, wo es bei der Materialauswahl für einen speziellen Verwendungszweck auf Gewicht ankommt» Zu derartigen Verwendungsformen gehören beispielsweise Bauplatten, Raumteiler, Flugzeugbestandteile wie Rümpfwerk, Tragflächen, Hecks, Radarverkleidungen, Hubschrauber-Rotorf lUgel, Wasserfahrzeuge, wie Bootsrümpfe und -steuerruder, Kraftfahrzeugkörper sowie zahlreich verschiedene ■Verwendungsmöglichkeiten in der TransportIndustrie»
Pur die Herstellung der neuartigen, erfindungsgemässen Verbundgebilde gibt es zahlreich verschiedene Möglichkeiten, wobei in allen Fallen der erste Schritt in der Herstellung des Polymerschaumstoffkerns besteht. Ebenflächig gestaltete Kerne gewinnt man dabei am einfachsten dadurch* dass man sie aus üblichem' Blockmaterial ausschneidet. Nicht ebenflächig gestaltete Kerne andererseits stellt man in bequemster Weise durch Ausformen des entsprechenden Schaumstoffausgangsgemisches in einer passend gestalteten Form her. Als Kerhwerkstoff kann man dabei gemäss späterer, häherer Erläuterung eine Vielfalt bekannter, zelliger Polymere verwenden.
Der in die gewünschte Form gebrachte Schaumstoffkern wird dann so behandelt, dass Aufnahmeöffnungen für Dochtelemente entstehen und diese dann in sie eingeführt werden» Dies kann auf zahlreich verschiedene Art erfolgen*
Bei einer solchen Durchführungsärt bildet man durch Ausbohren» Ausstanzen mittels geeigneter Locheisen oder ähnliche Masgnahmen gleichzeitig oder nacheinander eine Mehrzahl von Durchlässen1,, deren Längsachse man Vorzugsweise praktisch lotrecht zur Ebene der Aussenfläche sein lässt* aber auch* wie später näher erörtert wird, verschieden schräg durch den Schaumstoff hindureh. verlaufen lassen kann*
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■ - "■■■■■■■■■ sie : ."'■■-Die Löcher werden so ausgebildet, dass/vollständig durch den Schaumstoff kern hindurchgehen» Ihr Querschnittsausmass kann dabei innerhalb weiter Grenzen variieren. De.· geringste Querschnitt ist dabei derjenige, der das Dochtelement gerade durchtreten lässt, und der grösste Querschnitt hängt weitgehend davon ab, wieviel unnötiger Schaumstoff aus dem Kern entfernt werden muss. Die günstigsten Querschnittsausmasse lassen sich jeweils durch Vorversuche feststellen. Die Löcher sind vorzugsweise zylindrisch geformt, können aber auch andersartigen, nämlich rechteckigen, quadratischen, elliptischen oder- sonstwie gearteten Querschnitt aufweisen. .
Während oder vorzugsweise gleichzeitig mit der Ausbildung der Löcher im Polymerschaumstoffkern füllt man sie mit den Dochtelementen aus. Letztere lassen sich aus irgendeinem -üblicherweise zur Kunststoffverstärkung verwendeten Fasermaterial herstellen, wie dies später näher erläutert wird, und können aus einem Strang oder mehreren solcher bestehen. Vorteilhafterweise gibt man ihnen eine solche Länge, dass sie die von ihnen durchsetzten Löcher auf ganzer Länge ausfüllen, und noch besser ist, wenn sie langer als diese sind und sie beidseitig mit ihren Enden überragen, wodurch die fertigen, erfindungsgemässen Verbundgebilde noch gefügefester werden, wie dies später näher erläutert vjird. Bei einer besonderen', weiter unten erörterten Auüführungsforia kann das Döchtelement aus einem einzigen Strang bestehen, der durch ein Loch hindurch, Über die Kernoberfläche hinweg in das nächste Loch hinein, durch dieses hindurch zur anderen Kernoberfläche hin, über diese hinweg wieder in das übernächste Loch und so fort geführt wird»
Das Einbringen der Dööhtelemente in die Locher im Schaumstoff-/ kern kann nach Herstellung letzterer von Hand erfolgen, .stattdessen'bewirkt, man dies .aber vorzugsweise -mit Hilfe mechanische!' Mittel iinä am besten gleichzeitig mit der Durchlöcherung, indem man d©n Docht durch den Schaumstoff kern mit Hilfe «iner INadel-
stanze oder einer Mehrzahl solcher hindurchzieht, die man zur Lochhersteilung benutzt. Eine solche Ein- oder Mehrfachstanze kann beispielsweise hohl gestaltet sein und beim Durchstechen ■ des Kerns den Docht in ihrem Inneren mitnehmen, Mit Hilfe geeigneter Mittel erfasst man dann beim Austritt des Stanzenkopfes aus der Kernrückseite das herausragende Dochtende und hält dadurch beim Zurückziehen der Stanze den Docht in eingezogener Stellung. Statt dessen kann man aber das Einfädeln des Dochtes in die Kernlöaher auch auf andere, dem Fachmann geläufige Weise bewirken. ■ . .*
Nach erfolgtem Einbringen der Dochte in die Kernlöcher werden die beiden Kernaussenflachen mit der zur Deckschichtherstellung verwendeten Fas erve.r Stärkung bedeckt, auf die dann schliesslich das zur Fertigstellung der Verbundgebilde - Aussensenichten benutzte Harz nauh bekannten Verfahren in flüssiger Form aufgebracht -wird. Erfahrungsgemäßs -fliesst das Harz nicht nur über die Kernaussenflache, sondern auch unter der Wirkung der Douhtdurvh die Kerhlücher hindurch. Infolgedessen weist die stark to Harzschi .-Ut im fertigen Verbundgebilde eins Reihe von l.iaterialelnheitlich geformten-Zapfen auf, die die Schäumst 'fflijchor durchsetzen, die beiden Ausseruschiehten des Verbundgrjbildev fest verbinden und gleichzeitig dem Ge;;umtvorbund(;ebilde zusätzliche Druckfestigkeit erteilen.
Bei einer andersartigen Herstellungsart für die erfindung.i5(j<?iiiäs-St1Ii Verbundgebilde wird der rolymerschaümstaffUerri vor dem Durch-
bohren und Dochteinziehen zwischen die beiden faserverstärkenden Aussenschichten eingebracht, und dann erst erfolgt das Formen der Löcher und das Einziehen der Dochte durch alle drei Verbundschichten hindurch, wobei dies nach einem der auch für die erstgenannte Herstellungsart, geeigneten Verfahren erfolgen kann. Am besten geschieht dies beides aber bei dieser zweiten Herstellungsart mit Hilfe, vcn Heftmitteln ..und_ .einer geeigneten Nähmaschine, mit Cc-v gleichzeitig, das Lcoh hergestellt, der (fadenförmige) Docht hindurchgefädelt und ' in.it beiden Enden an die ent-
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- sprechende Gewebeaussenlage angekettelt wird.
Das Überziehen des Verbundgebildes aus Kern- und Gewebeschichten mit Harz erfolgt dann nach dem gleichen, üblichen Verfahren, wie es für die erste Herstellungsart beschrieben wurde.
Der in Beschreibung und Ansprüchen verwendete Ausdruck "Dochtelement" soll dabei ein Element bezeichnen, das in üblichem Sinne eines Dochtes wirkt, d.h. einen Flüssigkeitsdurchtritt infolge Kapillarwirkung zulässt. .
Die zur Herstellung der leichtgewichtigen, erfindungsgemässen Verbundgebilde verwendeten Materialien sind dieselben, wie sie üblicherweise für die Schaffung von V^rbundgebilden mit Schaumstoff kern benutzt werden". Ihre Auswahl wird dabei in für den Fachmann ersichtlicher Weise in erster Linie von der Frage nach Wirtschaftlichkeit und leichter Herstellbarkeit sowie von der gewünschten Endverbräuchsart des Verbundgebildes beherrscht.
Infolgedessen eignet sich jedes der bekannten, zelligen Polymere^ wie sie üblicherweise zur Herstellung von Verbundgebilden mit Schäumstoffkern'verwendet werden, auch im vorliegenden Fall als Material für den zelligen Kern. Diese zelligen Polymere besitzen -allgemein gesprochen- Dichten zwischen etwa 16" und etwa 800 kg/m . Für den Erfindungszweck ist es jedoch ervmnscht, dass der polymere, zellige Kern eine Dichte zwischen etwa 24 und etwa 320 kg/nr besitzt» Je nach der gewünschten Endverbrauchsart des Verbundgebildes können diese zelligen Polymere biegsam, halbbiegsam, halbstarr oder starr sein. So kann man beispielsweise ein erfindungsgemässes Verbundgeblide aus halbbiegsamen, zelligen Polymerkernmaterialien herstellen, wie sie beispiels- 'weise im Buch, von R.J. Benders "Handbook of Foamed Plastics", Verlag Lake Publishing Company, Libertyville, Illinois, I965, beschrieben*sind.
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PUr die praktische Erfindungsdurchführung' eignen sich aber als zellige Polymere vorzugsweise Polyurethanschaumstoffe, deren Dichte innerhalb der .angegebenen Grenzen liegt. Derartige Polyurethanschaumstoffe sowohl biegsamer als auch starrer Art können nach bekannten Verfahren hergestellt werden, wie sie beispielsweise im Buch von Saunders etc. "Polyurethanes, Chemistry and Technology" Verlag Interscience New York, Band II, 1964 beschrieben sind. Ein typischer, starrer Polyurethanschaumstoff, wie er zur Herstellung der erfindungs gemäs sen Schaumstoffkerne ve'rwendet werden kann, besteht aus dem Reaktionsprodukt folgenden, in Gewichtsteilen angegebenen Ansatzes: .
Polyol (OH 420) ^ 70
phosphorhaltiges Polyol (OH 375) ^2) .30 L-5320 (3) . 1,5
N,N,N',N'-tetramethyl-l,3-butandiamin 0>6
Trichlorfluormethan 32
Polyisocyanat ' -' ■" 111
1) Polyolgemisch aus 75 Gew.-^ eines methylenbrückenhaltigen Polyphenyl-Polyaminaddukts und 25 Gew.-% eines Glycerin-Propylenoxydaddukts mit einem mittleren Hydroxyäquivalent von
2) Phosphorsäure-Propylenoxydaddukt mit einem Hydroxyläquivalent von 150,
3) ein Organosilikoncopolymer, und
4) Polymethylen-Polyphenylisocyanat mit etwa 50 Gew.-^ Methylenbis(phenylisocyanaten)und einem Jsocyanatäquivalent von 133.
Zwecks Gewinnung eines Hartschaumstoffs aus diesem Ansatz mischt man zunächst alle Bestandteile ausser dem Polyisocyanat zusammen und vereinigt dann dieses Vorgemisch von Hand oder mittels geeigneter Schauinst of fmischapparatur unter heftigem Bewegen mit "dem Polyisocyanatbestandteii. Das Fertiggemisch vergiesst man dann rasch in einer geeigneten Form, die gewünschtenfalls der gewünschten Schäumst of fkerngestalt entsprechen kann. Stattdessen kanip.
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die Form auch so gestaltet sein, dass man das Schaumstoffkernmaterial aus dem Formling ausschneiden kann. Man lässt die Schaumstoffmasse in der Form aufschäumen, sich verfestigen und im allgemeinen durch mehrtägiges Stehenlassen bei Raumtemperatur aushärten.
In ähnlicher Weise können die zur Herstellung der erfindungsgemässen Verbundgebilde verwendeten Aussenschichten aus irgendeinem faserverstärkten Harzmaterial bestehen, wie es üblicherweise für .die Aussenschicht von Verbundgebilden mit Schaumstoffkern benutzt wird. Diese faserverstärkten Harze nennt der Fachmann · üblicherweise verstärkte Kunststoffe aus Fasermaterial und einem nichtzelligen Imprägnierungspolymer, siehe beispielsweise das Buch von S.S. Oleesky etc. "Handbook of Reinforced Plastics", Verlag Reinhold Publishing Corporation, New York, 1964. Für den vorliegenden Zweck eignen sich beispielsweise natürliche oder synthetische Materialien in Form von Blättern, Webstoffen oder Faserschnitzeln, darunter beispielsweise Baumwolle, Sisälhanf oder Wolle, Glasfasern, Asbest, Kohle- und Graphitansätze, Papier aus Kraftstoff, Alphazellulose oder. Hadern, Polyethylenterephthalat, Polyamide und· Polyacrylnitril.
Als Imprägnierungsharz bei der Herstellung der Aussenschichten des erfindungsgemässen Verbundgebildes eignen sich von den nichtzelligen Polymeren beispielsweise die thermoplastischen und wärmeaushärtenden Polymere, z.B. jene aus Acetaten, Acrylsäuren/ Olefinen, Styrolen, Vinylen, Arninoharzen, Polyestern, Epoxyharzen, Polyurethanen und dergleichen. Diese nichtzelligen Irnprägnierungspolymere werden auf die faserförmigen Verstarkungsrnaterialien nach übüßhen Verfahren, also beispielsweise mittels Antragswalze oder Rakel, durch Aufspritzen oder Tauchen oder mittels Kalander und dergl. aufgebracht.
Die beiden Aussenlagen des Verbundgebildes können aus ein und demselben faserverstärkten Harz oder aus verschiedenen, derartigen Harzen.hergestellt werden« So kann beispielsweise die eine ·:
Schicht aus einem, baumwollverstärkten Epoxyharz und die andere, auf der Kerngegenseite'befindliche Schicht aus einem glasfaserverstärkten Polyesterharz bestehen. Vorzugsweise stellt man aber beide Schichten aus gleichem Material''und am besten aus einem bei'Raumtemperatur aushärtenden und durch Glasfasergewebe verstärkten Polyesterharz her.
Sin solches nichtzelliges Polyesterharz entsteht beispielsweise aus folgendem, in Gewichtsteilen angegebenen Ansatz: ,
Polyester^1) 70 .
Styrol 30
Lupersöl DD
DMR Cobalt
1) Kondensationsprodukt aus 1 Mol Phthalsäureanhydrid, 1 Mol Maleinsäureanhydrid und 2,2 Mol Propylenglykol,
2) 6o $ige Lösung von Methyläthylketonperoxyd in Dimethylphthalati Fabrikat der Firma Wallace & Tierman Inc., Luc idol Div.,, Buffalo, New York, ■
3) 6 $ige Lösung von Cobaltnaphthenät in Dioctylphthalat, Fabrikat der Firma Tenneco Chemicals Inc., Nuodex Div., Elizabeth, N.Y. /
Ersichtlichervieise stellt dieser vorstehende Ansatz lediglich ein typisches Beispiel für viele derartige, bekannte Polyesterharze dar, die erfindungsgemäss verwendet werden 'können. V/eitere Beispiele für ungesättigte Polyester sind beispielsweise in den amerikanischen Patentschriften 2 642 920 und 2 89I 835 beschrieben.
Nach dieser allgemeinen Beschreibung der Erfindung und der zur Herstellung der neuartigen, erfindungsgemässen Verbundgebilde verwendbaren Materialien soll die Erfindung nunmehr an Hand einer Anzahl sp^aieller Ausführungsformen näher erläutert werdent
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die aber lediglich beschreibend und keinesfalls schutzumfangsbeschränkend wirken sollen. Für den Fachmann ist es klar, dass sie im Rahmen des allgemeinen Erfindungsgedankens weitgehend abgewandelt werden können. So können beispielsweise sowohl die faserverstärkten Aussensenichten als auch der polymere, zellige Kern je aus mehreren Materiallagen bestehen. Ausserdern können die ,Verbundgebilde in vielfach verschiedener Gestalt fabriziert werden, indem man der inneren Polymerschaumstoffschicht die gewünschte Form gibt. Aus Gründen besserer Verständlichkeit und zwecks Erläuterung soll aber nachstehend nur auf einfache Materialschichten bei ebenflächigen Verbundgebilden Bezug genommen werden.
In den beigefügten Figuren 1 bis 3 sind die Arbeitsschritte erläutert, die bei einer Herstellungsart der erfindungsgemässen, leichtgewichtigen Verbundgebilde vorkommen, Fig. 1 zeigt zwei Aussenlagen 4 aus Fasergewebe, die auf der einen und auf der anderen Seite eines■ .polymerenj zelligen Kerns 2 aufgelegt sind.
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Wenn auch bei diesem Ausführungsbeispiel einzelne FaseriilwIfW verwendet werden, kann ersichtlicherweise jede Schaumstoffkernoberfläche mit zwei oder noch mehr derartigen Lagen bedeckt werden. . ' ...-.:■- :-
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, werden nun durch den Verbundkörper 6 hindurch eine. Mehrzahl von Löchern 8 gebildet und mit Dochtelementen 10 ausgefüllt, wobei beide Massnahrrien vorzugsweise in einem Arbeitsgang und mit Hilfe einer geeigneten Nähmaschine durchgeführt werden. Nach beendeter Einbringung der Dochte wird, wie in Fig. 3 dargestellt ist, ein nichtzelliges Polymer- 14 gleichmässig über die Faserlagen 4 verteilt, das da-•bei infolge der in den Löchern 8 befindlichen Dochtelemente lO durch ersterehindurchfliesst.
Fig, 4 zeigt in einem masstäblicfi vergrösserten Stirnseitenquerschnitt des erfindungsgemässen, leichtgewichtigen. Verbundgebil-
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des 16 die Verbindung zwischen einem faserverstärkten Zapfen 20 und den beiden Aussensehlchten 18. Wie man sieht., bildet der Zapfen 20 zusammen mit der einen faserverstärkten Harzaussenschicht 18 eine Einheit, reicht durch den polymeren, zelligen Kern 2 hindurch und bildet auch mit der zweiten, faserverstärkten Harzaussenschicht 18 eine Einheit. Das Dochtelement 10 erstreckt sich dabei durch beide Faserlagen 4 und den polymeren, zelligen Kern 2 hindurch und besitzt dabei mindestens eine solche Länge, dass es völlig .durch den zelligen Kern 2 des Verbundgebildes Io hindurehreicht. Die Maximallänge der Dochtelemente 10 ist nicht kritisch und wird teils durch Bequemlichkeit der Verarbeitung'und teils durch die APt bestimmt, wie sie in die Löcher 8 eingebracht werden. _" - - -
Wieviel Zapfen 20 je Flächeneinheit Schaumstoffkern bei der Herstellung der erfindungsgemässen Verbundgebilde 16 eingesetzt werden, hangt von der beabsichtigten Verwendungsart des Endprodukts ab. Auf jeden-Fall werden so viele Zapfen 20 verwendet^ dass die beiden faserverstärktenHarzaussenschichten 18 zähfest miteinander vereinigt werden. Hierfür genügen -im allgemeinen mindestens 66 Zapfen je Quadratmeter Schaumstoffkernoberfläche« Allgernein gesprochen benötigen die neuartigen Verbundgebilde, sofern sie für dekorative Zwecke verwendet werden, weniger Zapfen als in solchen Anwendungsfällen, in denen sie schweren seitlichen Zug- oder Druckkräften ausgesetzt sind. Wenn also beispielsweise ein erfihdungsgemässes Verbundgebilde als Blendwand oder Raumteiler verwendet wird, reicht die vorstehend angegebene Anzahl Zapfen zur zähfesten, gegenseitigen Vereinigung der äusseren, harz imprägniert en Faserschichten aus. Im Fall einer. Modul-Bauplatte oder eines KIeinbootrumpfes t bei der das Verbundgebilde stärkeren Zerstörungskräften unterworfen sein würde, sieht man jedoch vorteilhafterweise beträchtlich mehr Zapfen und zwar · in der Gtfossenordnung von etwa 1100 bis etwa 5500 Zapfen je Quadratmeter Schaumstoffkernoberfläche vor* Neben der Schaffung einer materiaielnheitliGhen und zähfesten Bindung der faserverstärkten Harzauseensohichten 18 der erfindungsgemässen Verbund-
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gebilde 16 dienen die Qu er zapf en 20; auch noch als Verstärkungselemente gegen Stoss-, Druck- und Zugkräfte.
In den Figuren 5, 6 und 7 sind noch weitere Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Die in Fig. 5 in Stirnansichts-Teilr querschnitt abgebildete Ausführungsform eines Verbundgebildes unterscheidet sich von der gemäss Fig. 4 bezüglich des Winkels, unter dem die Querzapfen 20 innerhalb des Gebildes 16 angeordnet sind. Eine derartige Ausführungsforni der Erfindung eignet, sich insbesondere für solche Anwendungsarten wie Dekorationsplatten und dergl., bei denen das Verbundgebilde keinen hohen , Druck- und Zugkräften ausgesetzt ist. " s
Fig. 6 zeigt im Querschnitt eine weitere, spezielle Ausführungsform eines erfindungsgemässen Verbundgebildes, bei dem das Dochtelement 10 der.Verstärkungszapfen 20 aus einem fortlaufenden Faden besteht, der mittels Nadeldurchstich durch das Loch 8 hindurchgezogen, durch die faserverstärkte Lage 4 der Aussenschicht 18 derart nach aussen geführt, dass sein Abschnitt 22 ausserhalb der Geviebeschicht zu liegen kommt, -und. danach durch das _ nächste Loch 8a und die Gewebelage 4 auf der gegenüberliegenden Kernseite hindurchgezogen wird, bevor sein nächster Abschnitt 22a in das übernächste Loch 8b eingezogen wird usw. Die auflie- ; genden Dochtelementabschnitte 22, 22a usw. bewirken dabei nicht . nur eine Verfestigung des Verbundgebildes Io, sondern dienen auch • zum Festhalten der Faseraussenlagen 4 am; polymeren, zelligen j Kern 2 vor dem Aufbringen des nichtzelligen Polymers 14. Die _/ ] durch diese Art der Verbundgebildeherstellung geschaffenen :Vör-; teile liegen für: den Fachmann auf der. Hand. Der offensichtlich- . ; ste Vorteil, besteht -in· der Ermoglichung eines schrittweisen Herstellungszyjcels, bei dem. die Haltewirkung der Überlappungsab-,. ; schnitte 22·, 22a usw. ■ die .Überführung des . halbfertigen,. raehrla- , gigen \ßebildös - an einen^ anderen Ort des.Pabrikationsganges ge- ■·;... stattet, wo das 'nlchtZellige pplymer A4/aufgebracht wird, ohne, dass ■ dabei -die Gefahr einer Los lösung .der ;Faserlagen 4 vom λ; . polymeren, zelligen Kern 2 auftritt.
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Eine Abwandlung des leiehtgewichtigen Verbundgebildes 1.6 getnäss Fig. 6 ist in Fig. 7 dargestellt. Hierbei erfolgte die Herstellung des aus dein polymeren, zelligen Kern ·2 und den beiden Fa- · seraussenlagen 4 bestehenden Verbundgebildeü 1-5 in analoger Vieise "Viie im vorangehenden Fall. Die in Fig. 7 -erkennbaren Löcher 8 im Verbundge'oilde 16 wurden durch Ausbohren des mehrlagigen Gegenstandes β unter etwa 45° schräg zu den Faseraussenlagen 4 hergestellt. Die Dochtelemente 10 der Querzapfen 20 werden durch die Löcher 8 hindurchgefädelt und bilden dabei zwischen den Kreuzungspunkten mit den Faserlagen 4 Überfangstiche, durch die letztere an Ort und Stelle gehalten werden. Das so entstandene Gebilde wird dann abschiiessend mit dem nichtzelligen Polymer 14 überschichtet.
Wie bereits erörtert wurde, gibt es* im Rahmen des allgemeinen Erfindungsgedankens verschiedene Abwandlungsmöglichkeiten bezüglich Herstellung und Gestalt der erfindungsgemässen Verbundgebilde 16. ~ο kann man beispielsweise bei der erf indungsgemäss.en Herstellung eines krummschaligen Verbundgebildes dem polymeren, zelligen Kern 2 entweder die gewünschte Krümmung anformen oder ihn aus grosseil Platten auf die gewünschte Dicke und Querschnittforin des herzustellenden Erzeugnisses herausschneiden, siehe z.B. das Buch von Τ.Ή. Ferrigno "Rigid Plastic Foams", Reinhold Publishing Corporation, New York 1963* Seite 81. Anschliessend schneidet«man dann in das Kernmaterial einseitig Rillen oder Spalten ein, um die Platte in die gewünschte Kurvengestalt des Endprodukts zu biegen. Bei kompliziert gekrümmten Gebilden kann man den Schaumstoffkern der gewünschten Endgestalt entsprechend auf gegenüberliegenden Seiten keilig ausnehmen. Nach Anbringung der Rillen oder Schnitte werden dann die Einzelplatten des Kerns 2 mittels geeigneten Klebmittels aneinanderliegend verbunden. Die Einzelplatten können dabei vor oder nach dem Verkleben der gewünschten Endproduktform entsprechend gebogen werden. Der so gewonnene, polymere, zellige Kern 2 wird dann zwischen zwei äussere Faserlagen 4 eingebracht, die mit Löchern 8 versehen
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werden. Dieser mehrlagige Gegenstand β wird schliesslich mit' einem nichtzelligen Polymer 14 überschichtet.
Wie bereits erwähnt, besitzen die neuartigen, erfindungsgemässen, leichtgewiehtigen Verbundgebilde -auf Gewichtsbäsis bezogenhochgradige Gefügefestigkeit und leiden nicht so leicht wie ähnliche Verbundgebilde bekannter Art unter Ablösung der Aussenhaute. Somit weisen die erfindungsgemässen Verbundgebilde ein wesentlich geringeres Gewicht als zuvor zur Verfügung stehende Materialien vergleichbarer Festigkeit auf und geben den,zusätzlichen Vorteil, dass ^ie auch von ungeübter Hand leicht in eben- oder nichtebenfiächiger Gestalt hergestellt werden können.
Die neuartigen, erfindungsgemässen Gebilde wurden zwar vorstehend an.Hand gewisser, spezieller AusfUhrüngsformen beschrieben,, diese-wurden aber ersichtlicherweise lediglich zur Erläuterung gegeben und sollen keinesfalls schutzumfangsbegrenzend wirken. Der Erfindungsumfang wird vielmehr nur durch den Schutzumfang .der nachstehenden Ansprüche begrenzt.
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Claims (15)

195131IJ The Upjohn Company Kalamazoo, Michigan, V.St.A. Patentansprüche
1) Verbundgebilde, dadurch gekennzeichnet, dass es aus der Kombination eines polymeren, seiligen Kerns, der zwischen faserverstärkten Harzaussenschichten eingelagert"und mit ihnen verbunden ist, mit einer Mehrzahl.faserverstärkter Harzzapfen besteht, die den polymeren, zelligen Kern durchsetzen und mit den faserverstärkten Harzaussensenichten eine Einheit bilden.
2) Verbundgebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der polymere, zellige Kern aus Polyurethan besteht..
j5) Verbundgebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die faserverstärkten Harzaussenschichten aus Schichten aus glasfaserverstärktem Polyesterharz bestehen.
k) Verbundgebilde, dadurch gekennzeichnet, dass es aus der Kombination eines starren, zelligen Kerns aus Polyurethan, der zwischen glasfaserverstärkten Polyesteraussenschichten eingelagert und mit ihnen verbunden ist, mit einer Mehrzahl glasfaserverstärkter Polyesterzapfen besteht, die den zelligen Polyurethankern durchsetzen und mit dep. glasfaserver- ~ stärkten Polyesterschichten eine Einheit bilden.
5) Verbundgebilde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zellige Polyurethankern eine Dichte von etwa 24 bis etwa 320'kg/irr aufweist.
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6) Verfahren zur Herstellung von Verbundgebilden durch Aufbringen von Schichten aus faserigem Verstärkungsmaterial auf die Aussenflachen eines polymeren, zelligen Kerns und Überziehen des Verstärkungsmaterials mit einem Harz, dadurch gekennzeichnet, dass man in dem zwischen faserigen Aussenschichten eingelagerten, seiligen Kern eine Mehrzahl durchgehender Lö.clier vorsieht und in diese vor dem Überziehen der faserigen Aus sens chic hten mit dem Harz ein "Dochtmittel einfügt. ... . :
7) Verfahren nach Anspruch 6> dadurch gekennzeichnet, dass man einen polymeren, zelligen Kern verwendet, der aus Polyurethan besteht.
8) Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass man faserige Aussenschichten verwendet, die aus Glasfaser be-
- stehen. ;
9) Verfahren nach Anspruch 6, dadurch, gekennzeichnet, dass man ein Überzugsharz verwendet, das aus Polyesterharz besteht. \
10) Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass man das Dochtmittel so anordnet, dass es den polymeren, zelligen Kern durchsetzt und die Faserschichten überlappt.
11) Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass man das Dochtmittel mittels Nadeldurehsticns einfügt,
12) Verfahren zur Herstellung von Verbundgebilden durch Aufbringen von Glasfasergewebeschichten, auf die Aussenf lachen f eines starren, zelligen Kerns aus Polyurethan und Über ziehen der Glasfaserschichten mit einem Polyesterharz, dadurch gekennzeichnet, dass man in dem zwischen die Glasfaseraussen-
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schichten eingelagerten Polyurethankern eine Mehrzahl durchgehender Löcher vorsieht und in diese vor dem Überziehen der Glasfaseraussenschichten init dem Polyesterharz ein Pochtuittel einfügt.
13) Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass man einen starren, zelligen Polyurethankern verwendet, der eine Dichte von etwa 24 bis etwa 320 kg/m aufweistt
14) Verfahren nach Anspruch 12-, dadurch gekennzeichnet, dass man das Dochtniittel so anordnet, dass es den polymeren, zelligen Kern durchsetzt und die Faserschichten überlappt.
15) Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ' man das Dochtniittel mittels Nadeldurchstichs einfügt.
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