DE102009049298A1

DE102009049298A1 - Neuartiger Werkstoff für Leichtbauelemente

Info

Publication number: DE102009049298A1
Application number: DE102009049298A
Authority: DE
Inventors: Christian Wirtz; Markus Wirtz
Original assignee: Wirtz Christian Dr; Wirtz Markus Dr
Current assignee: Wirtz Christian Dr; Wirtz Markus Dr
Priority date: 2009-10-13
Filing date: 2009-10-13
Publication date: 2011-04-14
Also published as: WO2011054638A1; WO2011054638A9

Abstract

Leichtbauelement, umfassend ein textiles Mehrwandgewebe und mindestens ein geblähtes, thermoplastisches polymeres Material, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyurethan (PUR) und Polyisocyanurat (PIR), wobei das geblähte Material zwischen den Wänden des Mehrwandgewebes die textilen Verbindungsfäden desselben straffend angeordnet ist, das geblähte Material zumindest teilweise mit den Wänden des Mehrwandgewebes und/oder mit den textilen Verbindungsfäden verbunden ist, und die Wände des Mehrwandgewebes und/oder die textilen Verbindungsfäden aus Polymerfasern, vorzugsweise Polyesterfasern, Aramidfasern, Polypropylenfasern, Polyamidfasern und/oder Polylactidfasern erzeugt sind.

Description

Die Erfindung betrifft Leichtbauelemente aus einem Mehrwandgewebe, befüllt mit einem geblähten thermoplastischen polymeren Material und ein Verfahren zu deren Herstellung.
Es ist bekannt, Zweiwandgewebe im Baubereich als Schalung für Betoneinfüllungen zu verwenden. Wandelemente werden zumeist durch das Verfüllen von Zweiwandgeweben mit Beton hergestellt, so dass das Zweiwandgewebe als Schalung dient. Im Hochbau werden Textilgewebe bis heute in geringem Maße verwendet, meist in der Oberflächengestaltung. Mit PVC beschichtete Zweiwandgewebe werden für pneumatische Zwecke eingesetzt, beispielsweise als Zelte oder als Kissen zur Unterstützung technischer Arbeiten. Bekannt sind beschichtete Zweiwandgewebe im Lüftungsbereich und mit Sand gefüllt im Schallschutz.
Derartige Zweiwandgewebe-Produkte weisen wesentliche Nachteile auf. Für hohe Gebäude, für erdbebengefährdete Hochbauten, für die Luft- und Raumfahrt sowie den Einsatz im Bau mit Fertigbauelementen benötigt man tragende, jedoch leichte Bauelemente. Die gegenwärtigen, in der textilen Architektur eingesetzten Produkte sind entweder sehr schwer (Betonfüllung) oder genügen statischen Anforderungen nicht (Luftfüllungen). Die heutige textile Leichtbautechnik hat den Nachteil, dass sie zwar feuerfeste und verbindungssteife Produkte herstellen kann, jedoch im Regelfall als Maß- oder Einzelanfertigungen mit hohen Material- und Produktionskosten, so dass ein Einsatz im zivilen Baubereich zumeist nicht in Betracht kommt.
Es ist ferner bekannt, untereinander verbundene gitterartige Textilmatten, Gewirke oder Raschelware, insbesondere Doppelraschelware als Armierung in Bauteile einzulegen. Damit wird das aus der Stahlarmierung bekannte Prinzip auf textile Armierungen übertragen. Hierbei werden der Zwischenraum zwischen zwei miteinander verbundenen, gitterartigen textilen Matten und die Gitterzwischenräume der Matten mit Füllstoffen, insbesondere Beton, verfüllt. Auf diese Weise umhüllt der Beton oder das sonstige armierte Material das textile Gebilde, das als innenliegende Armierung dient.
Derartige Produkte weisen erhebliche Nachteile auf. Zunächst werden für die Herstellung Formen oder sonstige Vorrichtungen benötigt, die das lose Gewirke, die Matten oder die Raschelware für das Verfüllen stützen bzw. fixieren. Ferner muß das Füllmaterial Druckbelastungen aufnehmen, da die textilen Materialien innenliegend und nicht vorgespannt sind. Das mit losen, nicht vorgespannten Matten, Gewirken oder Raschelware armierte Material muss sich außerdem selbst tragen. Derartige Armierungen verhindern schließlich das Abscheren der Bauteile nur in unzureichendem Maße. Als Füllstoffe kommen daher regelmäßig nur Materialien mit hohen Raumdichten und relativ hohem Gewicht, wie Beton oder schwere Schaumkunststoffe in Betracht. Innenliegende textile Armierungen sind darüber hinaus nicht oder nur sehr eingeschränkt für die Konfektionierung geeignet; ein Vernähen, Verkleben oder Verschweißen des Bauelements an den textilen Einlagen oder Matten ist nicht oder nur schwierig möglich, da es sich wie beschrieben um innenliegende Armierungen handelt.
Aus der DE 41 41 113 A1 ist ein Frontteil für den Innenraum von Kraftfahrzeugen aus einem Abstandsgewirke, einer auf das Abstandsgewirke kaschierten Folie und einer auf die Folie aufgebrachten Schicht aufgeblähter Schaumperlen bekannt. Die andere Seite des Abstandsgewirkes kann mit einer Dekorschicht versehen sein. Der Innenraum des Abstandsgewirkes selbst ist nicht verfüllt.
Aus der WO 02/030 662 A3 ist ein Leichtbauelement, umfassend ein textiles Mehrwandgewebe und mindestens ein teilchenförmiges, geblähtes, thermoplastisches polymeres Material bekannt, wobei das geblähte Material zwischen den Wänden des Mehrwandgewebes die textilen Verbindungsfäden desselben straffend angeordnet ist und die Teilchen des geblähten Materials zumindest teilweise untereinander verbunden sind. Das Leichtbauelement weist eine hohe Stabilität bei niedrigem Gewicht auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Leichtbauelement der eingangs genannten Art bereit zu stellen, das eine weiter verbesserte Stabilität aufweist. Insbesondere soll das Leichtbauelement eine höhere Druckfestigkeit als bekannte Leichtbauelemente aufweisen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Leichtbauelement, umfassend ein textiles Mehrwandgewebe und mindestens ein geblähtes, thermoplastisches polymeres Material, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyurethan (PUR) und Polyisocyanurat (PIR), wobei das geblähte Material zwischen den Wänden des Mehrwandgewebes die textilen Verbindungsfäden desselben straffend angeordnet ist und das geblähte Material zumindest teilweise mit den Wänden des Mehrwandgewebes und/oder mit den textilen Verbindungsfäden verbunden ist, wobei die Wände des Mehrwandgewebes und/oder die textilen Verbindungsfäden im Wesentlichen aus Polymerfasern, vorzugsweise Polyesterfasern, Aramidfasern, Polypropylenfasern, Polyamidfasern und/oder Polylactidfasern, erzeugt sind.
Wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Leichtbauelements ist, dass das geblähte Material zumindest teilweise mit den Wänden des Mehrwandgewebes und/oder mit den textilen Verbindungsfäden verbunden ist. Erfindungsgemäß bevorzugt ist es, wenn die Ausbildung der Verbindung zwischen geblähtem Material und den Wänden des Mehrwandgewebes bzw. den textilen Verbindungsfäden selbsttätig stattfindet. Polyurethan (PUR) und Polyisocyanurat (PIR) verbindet sich beim Aufschäumen in der Regel selbsttätig mit den meisten handelsüblichen Polymerfasern. Die Verbindung zwischen geblähtem Material und den Wänden des Mehrwandgewebes bzw. den textilen Verbindungsfäden kann aber auch auf verschiedene Arten und Weisen, beispielsweise durch Verkleben und/oder thermisches Verschmelzen, aktiv bewirkt bzw. unterstützt werden.
Erfindungsgemäß besonders bevorzugt ist es, wenn die Verbindung zwischen den Wänden des Mehrwandgewebes und/oder den textilen Verbindungsfäden desselben mit dem thermoplastischen polymeren Material über eine chemische Verknüpfung erfolgt. Unter dem Begriff ”chemische Verknüpfung” im Sinne der Erfindung wird die Ausbildung von chemischen Bindungen zwischen der Oberfläche des Mehrwandgewebes und/oder der textilen Verbindungsfäden und dem geblähten polymeren Material verstanden.
Eine besonders stabile chemische Verbindung wird im erfindungsgemäßen Leichtbauelement ausgebildet, wenn die Oberfläche der Wände des Mehrwandgewebes und/oder der textilen Verbindungsfäden bei in Kontakt bringen mit dem geblähten polymeren Material verändert wird. Eine derartige Veränderung kann beispielsweise chemisch durch Einwirken der einzelnen Komponenten des thermoplastischen Materials, beispielsweise durch Einwirken von reaktiven Ausgangsstoffen des polymeren Materials, und/oder des Treibmittels bewirkt werden. Die Oberfläche des Mehrwandgewebes und/oder der textilen Verbindungsfäden kann aber auch, physikalisch, beispielsweise durch freiwerdende Reaktionswärme, verändert werden.
Praktische Versuche haben ergeben, dass bei Verwendung von Polyesterfasern und/oder Aramidfasern in den Wänden des Mehrwandgewebes und/oder in den textilen Verbindungsfäden eine besonders gute Verbundhaftung erhalten wird.
Die erfindungsgemäßen Leichtbauelemente zeichnen sich verglichen mit den bekannten Leichtbauelementen durch eine hervorragende Druckfestigkeit aus.
Darüber hinaus liefern die erfindungsgemäßen Bauelemente oder die Bauelemente eine hohe Stabilität bei niedrigem Gewicht und sind zusätzlich überaus formbar. Je nach Dicke des Mehrwandgewebes können die erfindungsgemäßen Leichtbauelemente Wandstärken von wenigen Millimetern bis zu einem Meter und mehr aufweisen.
Die ausgezeichnete Formstabilität der erfindungsgemäßen Leichtbauelemente ist vor allem auf deren Füllung mit geblähtem, thermoplastischen polymeren Material zurück zu führen, wobei das geblähte Material zumindest teilweise mit den Wänden des Mehrwandgewebes und/oder mit den textilen Verbindungsfäden verbunden ist. Durch das Befüllen mit geblähtem Material werden auch die Gewebeaußenflächen gestrafft. Durch die hohe Eigenstabilität des Polymer-/Gewebesystems kann bei dem erfindungsgemäßen Bauelement auf eine Armierung durch Einlegen von Textilmatten, Gewirken oder Raschelware verzichtet werden, was zu einer enormen Gewichtsersparnis gegenüber herkömmlichen Bauelementen führt und die Herstellung und Konfektionierung vereinfacht.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Leichtbauelemente ist ferner, dass die Stabilität des Bauelements je nach Einsatzgebiet variabel angepasst werden kann. Die variablen Parameter liegen insbesondere in der Veränderung der Gewebestruktur, der Art der Verbindungsfäden, der Anordnung und Anzahl der Verbindungsfäden, der Dicke des Bauelements und der Formulierung sowie Dichte des Füllstoffes. Durch diese Variabilität ist ein Einsatz der Bauelemente in verschiedenen Gebieten möglich. Beispiele für sinnvolle Einsatzgebiete der erfindungsgemäßen Leichtbauelemente sind:

• Hallen Container- und Garagenbau: Im Hallenbau können die erfindungsgemäßen Leichtbauelemente sämtliche heute genutzten Materialien für Wand- und Dachkonstruktionen substituieren. Analog gilt dieses auch für den Container- und Garagenbau, da hier die statischen Anforderungen eher geringer ausfallen.
• Haus- und Wohnungsbau: Im Haus- und Wohnungsbau sind zunächst heutiges Ständerbauwerk sowie Innen- und Außensteinwände zu ersetzen. Ferner liegt ein breites Einsatzgebiet in der Herstellung von Fertigdecken und -wänden, Dachgauben sowie Balkonen.
• Hochbau: Für den Hochbau können mit den erfindungsgemäßen Bauelementen zunächst günstige Zwischenwände produziert werden, die das Gewicht der Bauwerke signifikant reduzieren. Ebenso ist möglich, durch den Einsatz von hochtechnologischen Fasern tragende Wände und Decken mit den erfindungsgemäßen Bauelementen zu konstruieren.
• Brückenbau: Durch die Nutzung hochtechnologischer Fasern und Füllstoffe ist ein Einsatz der erfindungsgemäßen Leichtbauelemente als tragende Brückenelemente ebenfalls denkbar. Auch hier sind die erheblichen Gewichtseinsparungen ein wichtiges Argument für den Einsatz der Leichtbauelemente.
• Luftfahrtbereich: Insbesondere durch die bereits beschriebenen Gewichtseinsparungen bei gleichzeitig hoher Stabilität sind die erfindungsgemäßen Leichtbauelemente geradezu ideal für den Einsatz im Luftfahrtbereich. Das erfindungsgemäße Bauelement eignet sich hervorragend als Konstruktionselement in einem Luftfahrzeug. Besonders gute Ergebnisse werden beim Einsatz in einem Luftfahrzeug, dessen Auftrieb auf aerostatischen Kräften beruht, vorzugsweise einem Luftschiff, erzielt. Eine Anreicherung des geblähten Materials mit Helium oder anderen Edelgasen erhöht die positiven Eigenschaften der Leichtbauelemente zusätzlich. Praktische Versuche haben ergeben, dass sich erfindungsgemäße Leichtbauelemente, die eine sechseckige, also wabenförmige Form aufweisen, besonders gut als Konstruktionselement in einem Luftfahrzeug eignen. So weisen Luftschiffe, die aus Leichtbauelementen mit einer wabenförmigen Struktur aufgebaut sind, eine überraschend hohe Stabilität auf. Darüber hinaus eignet sich die wabenförmige Struktur hervorragend für eine modulare Bauweise.
• Schiffsbau: Auch im Schiffsbau werden leichte aber dennoch stabile Bauelemente benötigt.
• Kühltechnik: PUR/PIR-Schaum weist hervorragende Dämmeigenschaften auf. Aus diesem Grund eignen sich die erfindungsgemäßen Leichtbauelemente hervorragend zum Bau von Kühlhäusern, in der Ausrüstung von Kühlschiffen und Kühltransportern und LKW-Aufliegern im Allgemeinen. Besonders gute Ergebnisse werden bei der Verwendung von Kohlefaser-verstärktem PUR/PIR erzielt.

In einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung weist das Leichtbauelement mindestens zwei verschiedene geblähte, thermoplastische polymere Materialien in einer räumlichen Trennung voneinander auf. Vorzugsweise unterscheiden sich diese polymeren Materialien in ihrer Formstabilität bzw. Härte. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Leichtbauelement PUR-Hartschaum in Kombination mit PUR-Weichschaum aufweist. Als besonders zweckmäßig hat sich eine Anordnung erwiesen, in der ein weicheres polymeres Material flankierend von zwei härteren polymeren Materialien umgeben ist. Mit dieser Ausführungsform ist es möglich, einen flexiblen Bereich in das Leichtbauelement zu integrieren. Dieser Bereich kann zur Ausbildung eines Gelenks, beispielsweise für die Formung von Knickstellen oder Türen, genutzt werden. Zu diesem Zweck kann es sinnvoll sein das textile Mehrwandgewebe zumindest im flexiblen Bereich dehnbar auszubilden.
Die Verwendung von PUR-Schäumen ist erfindungsgemäß besonders bevorzugt, da PUR-Schäume ein gutes Fließverhalten zeigen. Somit kann beim Ausschäumen der Mehrwandgewebe das Material über vergleichsweise wenige Einfüllöffnungen eingefüllt werden.
Praktische Versuche haben ergeben, dass eine besonders stabile Verbindung erhalten werden kann, wenn als geblähtes polymeres Material ein Polyurethan-Hartschaum eingesetzt wird.
Die Verwendung von Polyurethan-Hartschaum zur Herstellung des erfindungsgemäßen Leichtbauelements ist auch deshalb vorteilhaft, weil Polyurethan-Hartschaum sich durch ein hervorragendes Wärmedämmvermögen, gute mechanische Eigenschaften und eine niedrige Rohdichte auszeichnet. Darüber hinaus bietet Polyurethan-Hartschaum schon bei Konstruktionsaufbauten mit geringer Dicke neben einem optimalen Wärmeschutz auch einen außergewöhnlichen Raum-Nutzen-Vorteil. Bauelemente aus Polyurethan-Hartschaum lassen sich dank ihres geringen Gewichts problemlos verarbeiten und sind witterungsunabhängig montierbar.
Auch die Verwendung von PIR-Schäumen ist zur Herstellung des erfindungsgemäßen Leichtbauelements hervorragend geeignet. Vorteilhaft am Einsatz von PIR-Schäumen ist, dass PIR-Schäume auch bei hohen Temperaturen verwendet werden können und ein ausgezeichnetes Brandverhalten zeigen.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Leichtbauelements besonders geeignet hat sich Polyurethan erwiesen, das durch Umsetzen von

a) Polyisocyanaten mit
b) einer Polyolkomponente enthaltend
b1) Verbindungen mit mindestens zwei gegenüber Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen,
b2) Treibmitteln und gegebenenfalls
b3) Flammschutzmitteln,
b4) Katalysatoren und/oder weiteren Hilfs- und Zusatzstoffen, hergestellt wird.

Als organische Polyisocyanate a) kommen vorzugsweise aromatische mehrwertige Isocyanate in Betracht. Im Einzelnen seien beispielhaft genannt: 2,4- und 2,6-Toluylendiisocyanat (TDI) und die entsprechenden Isomerengemische, 4,4'-, 2,4'- und 2,2'-Diphenylmethan-diisocyanat (MDI) und die entsprechenden Isomerengemische, Mischungen aus 4,4'- und 2,4'-Diphenylmethan-diisocyanaten, Polyphenyl-polymethylen-polyisocyanate, Mischungen aus 4,4'-, 2,4'- und 2,2'-Diphenylmethan-diisocyanaten und Polyphenyl-polymethylen-polyisocyanaten (Roh-MDI) und Mischungen aus Roh-MDI und Toluylendiisocyanaten. Die organischen Di- und Polyisocyanate können einzeln oder in Form von Mischungen eingesetzt werden.
Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn die Komponente b) eines oder mehrere durch Umsetzen von niedermolekularen mehrfunktionellen Alkoholen, vorzugsweise Ethylenglykol, Propylenglykol, Trimethanolpropan, Glycerin, Zucker, noch bevorzugter Saccharose und/oder Zuckeralkohole, insbesondere Sorbit, oder Aminen, insbesondere Toluoldiamin, Ethylendiamin, mit Alkylenoxid, vorzugsweise Ethylenoxid oder Propylenoxid hergestellte Polyetheralkohole b1.1) enthält.
Bevorzugte Polyetherpolyole weisen eine Funktionalität von 2,0 bis 3,0, eine OH-Zahl von 20 bis 56 und mehr als 80 mol%, Insbesondere mehr als 90 mol%, primäre OH-Gruppen auf.
Die Verwendung von Aminen hat den Vorteil, dass dem Polymer Härte sowie eine verbesserte Temperaturbeständigkeit verliehen wird. Darüber hinaus kann mit Aminoverbindungen die Reaktionsgeschwindigkeit der Polyaddition erhöht werden.
Zur Herstellung der Polyetheralkohole b1.1) ebenfalls geeignete Polyole sind Polyole auf Basis von Rapsöl- oder Rizinusöl als nachwachsende Rohstoffe.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Polyether-Alkohole b1.1) Umsetzungsprodukte von Alkandiolen und/oder Alkantriolen mit Propylenoxid.
Die durch Umsetzung von niedermolekularem, mehrfunktionellem Alkohol mit Alkylenoxid erhaltenen Polyether-Alkohole b1.1) sind in der Polyurethan-Chemie gebräuchliche Verbindungen und fungieren als Zellöffner.
Die Molmassen der eingesetzten Polyether-Alkohole b1.1) können in weiten Bereichen schwanken. Besonders geeignet sind Polyether-Alkohole b1.1) mit Molmassen im Bereich von 100 bis 1.000, vorzugsweise im Bereich von 200 bis 700.
Gute Ergebnisse werden auch erzielt, wenn die Komponente b) eines oder mehrere durch Kondensation von mehrfunktionellen Alkoholen, vorzugsweise Diolen, mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen, noch bevorzugter 2 bis 6 Kohlenstoffatomen, insbesondere Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol, 1,2-Propylenglykol, Dipropylenglykol, 1,2-Propandiol, 1,4-Butandiol, 3-Methyl-1,5-pentandiol, 1,5-Pentandiol, 1,4-Hexandiol, 1,6-Hexandiol, 1,10-Decandiol, Glycerin, Trimethylolpropan, bzw. Mischungen daraus mit mehrfunktionellen Carbonsäuren mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise aromatischen bifunktionellen Säuren, insbesondere Phtalsäure, Isophthalsäure, Terephtalsäure, Adipinsäure und/oder isomeren Naphthalindicarbonsäuren, hergestellten Polyesterpolyolen enthält.
Als Alkoholkomponente zur Herstellung der aliphatischen Polyesterpolyole werden vorzugsweise Monoethylenglykol und Diethylenglykol verwendet, besonders bevorzugt Monoethylenglykol.
Vorzugswelse weisen die aliphatischen Polyesterpolyole eine Funktionalität von 1,8 bis 6,5 insbesondere von 1,8 bis 3,0, eine OH-Zahl von 15 bis 500 mg KOH/g, insbesondere von 100 bis 300, sowie eine Säurezahl von 0,5 bis 5,0 mg KOH/g auf.
Vorteilhaft an der Verwendung von Polyetherpolyolen ist ihre Hydrolysestabilität. Vorteilhaft an der Verwendung von Polyesterpolyolen ist, dass sie unempfindlich gegen Photooxidation sind und die Festigkeit in fertigem Polyurethan erhöhen.
Ganz besonders bevorzugt enthält die Komponente b) ein Gemisch aus Polyether- und Polyester-Polyolen wie vorangehend beschrieben.
Neben den aliphatischen Polyesterpolyolen bzw. Polyetherpolyolen kann. die Polyolkomponente weitere Verbindungen mit gegenüber Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen enthalten, die keine Polyesterpolyole sind, beispielsweise niedermolekulare Kettenverlängerer oder Vernetzer. Diese Zusätze können eine Verbesserung der Fließfähigkeit des Reaktionsgemisches und der Emulgierfähigkeit der treibmittelhaltigen Formulierung auf kontinuierlich produzierenden Anlagen bewirken. Bevorzugt werden hierbei Verbindungen eingesetzt, welche eine Funktionalität von 1,8 bis 4,5, eine OH-Zahl von 20 bis 460 mg KOH/g und gegebenenfalls primäre OH-Gruppen aufweisen.
Besonders einfach gestaltet sich der Einsatz von PUR-Schäumen in Form von Zwei-Komponenten-Systemen. Hierin kann beispielsweise die erste Komponente Polyisocyanat enthalten und die zweite Komponente die Polyolkomponente.
Hervorragende Ergebnisse werden bei Verwendung des LAMOLTAN^®-Polyurethan-Hartschaumsystems B2-G22-31-5, erhältlich bei der Firma Lackfa Isolierstoff GmbH & Co. KG, erzielt.
Bei der Herstellung von Polyurethanen und Polyisocyanurat können neben den Grundrohstoffen auch Hilfs- oder Zusatzstoffe eingesetzt werden. So können Katalysatoren verwendet werden, die der Reaktionsbeschleunigung dienen. Soll eine verzögerte Bescheunigung stattfinden, so können vorteilhafter Weise Imidazolderivate als sogenannte latente Katalysatoren eingesetzt werden. Geeignet sind auch tertiäre Amine und/oder Organo-Zinn-Verbindungen.
Tenside, z. B. Emulgatoren, bewirken eine verbesserte Mischbarkeit der eigentlich ”unverträglichen” Reaktionspartner Polyisocyanat/Polyol/Wasser und tragen somit in Kombination mit Katalysatoren zu einer gleichmäßigen Polyurethanbildung bei. Spezielle Siliciumorganische Verbindungen dienen als Schaumstabilisatoren und/oder Zellregler bei der Schaumstoff-Herstellung. Sie stabilisieren den aufsteigenden Schaum bis zur Aushärtung. Darüber hinaus können sie die Offen- und Geschlossenzelligkeit sowie die Porengröße des Schaumstoffs regeln.
Treibmittel können zur Herstellung von Schaumstoffen aus der flüssigen, viskosen Reaktionsmasse dienen. Dabei wird zwischen chemischen und physikalischen Treibverfahren unterschieden. Das Erstere beruht auf der Isocyanat-Wasser-Reaktion; diese liefert gasförmiges Kohlendioxid (CO₂) als Treibgas. Bei physikalischen Verfahren wird durch den Zusatz niedrigsiedender Flüssigkeiten das exotherm reagierende Gemisch durch Verdampfen des Treibmittels aufgeschäumt. Dabei können vorteilhafter Weise anstelle von FCKW aus Gründen des Umweltschutzes die Ozonschicht weniger bzw. nicht schädigende HF(C)KW und/oder Kohlenwasserstoffe wie insbesondere Pentan, Cyclopentan verwendet werden.
Eingesetzt wird soviel Treibmittel und Co-Treibmittel, wie zur Erzielung einer dimensionsstabilen Schaummatrix und gewünschten Rohdichte nötig ist. In der Regel sind dies zwischen 0 und 6,0 Gew.-% an Co-Treibmittel und zwischen 1,0 und 30,0 Gew.-% an Treibmittel, jeweils bezogen auf 100 Gew.-% Polyolkomponente. Das Mengenverhältnis von Co-Treibmittel zu Treibmittel kann je nach Bedarf von 1:7 bis 1:35 betragen.
Als Co-Treibmittel kann Wasser eingesetzt werden, bevorzugt in einer Menge bis 6 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,5 bis 4 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge an Verbindungen mit gegenüber Isocyanat reaktiven Wasserstoffatomen in der Polyolkomponente.
Erfindungsgemäß besonders bevorzugte Treibmittel sind Pentafluorbutan/Heptafluorpropan und/oder ein Gemisch hiervon.
Flammschutzmittel können zur Verminderung der Brennbarkeit von Polyurethan zugesetzt werden. Dafür kommen sowohl anorganische (insbesondere Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Aluminiumoxidhydrate, Ammoniumpolyphosphate) als auch organische Chlor, Brom, Phosphor und/oder Stickstoff enthaltende Verbindungen in Frage. Besonders geeignet sind Tetrabrombenzoesäureester und aliphatische Bromverbindungen.
Das Flammschutzmittel kann vorzugsweise der Polyolkomponente zugesetzt werden, bevorzugt in einer Menge von 10–25 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge an Verbindungen mit gegenüber Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen in der Polyolkomponente. Derartige Flammschutzmittel sind dem Fachmann im Prinzip bekannt und beispielsweise in ”Kunststoffhandbuch”, Band 7 ”Polyurethane”, Kapitel 6.1. beschrieben. Diese können beispielsweise brom- und chlorhaltige Polyole oder Phosphorverbindungen wie die Ester der Orthophosphorsäure und der Metaphosphorsäure, die ebenfalls Halogen enthalten können, sein. Bevorzugt werden bei Raumtemperatur flüssige Flammschutzmittel gewählt.
Füllstoffbeigaben (insbesondere Blähglas, Kreide, Silikate, Schwerspat, Wollastonit, Glas, Hanf, Jute) können zum Verfestigen und/oder zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften eingesetzt werden. Besonders bevorzugt ist eine Beigabe von Carbon-Nanotubes.
In manchen Fällen kann es auch zweckmäßig sein, elektrisch leitfähige Füllstoffe zu verwenden oder die leitfähigen Materialien als Beschichtung auf das Leichtbauelement aufzubringen. Auch hierfür sind Carbon-Nanotubes besonders geeignet.
Wird das erfindungsgemäße Leichtbauelement mit elektrisch leitfähigen Materialien ausgestattet, so kann es zu den verschiedensten Zwecken eingesetzt werden, in denen es von Vorteil ist, beheizte bzw. geladene Verbundwerkstoffe zu erzeugen. Beispiele hierfür sind:

– das Unterdrücken von Feuchtigkeit in einem Gegenstand, wie beispielsweise einer Mauer;
– das Verleihen einer insektiziden Wirkung durch einen Stromdurchfluss;
– das Verleihen einer antistatischen Wirkung durch ein Stromfluss;
– das Einstellen und/oder Halten der Temperatur einer Flüssigkeit bzw. von Lebensmitteln innerhalb eines Behältnisses;
– die Vermeidung von Taupunktunterschreitungen auf Innen-Außenwänden und sonstigen Gebäudeteilen, vorwiegend auf wärmegedämmten Fassaden(-teilen).
– das Abtöten von biologischem Bewuchs durch Hitzeentwicklung;
– die Vermeidung von biologischem Befall in Innenräumen, vorwiegend in Feuchträumen.

Ebenfalls hervorragend geeignet als Füllstoffe sind Partikel, die an der Oberfläche der Wände des Mehrwandgewebes und/oder der textilen Verbindungsfäden anhaften. Auf diese Weise können die Fasern verstärkt und der Verbund mit dem thermoplastischen Material verbessert werden. Weiter bevorzugt ist es wenn die Füllstoffe eine große spezifische Oberfläche (BET), vorzugsweise mehr als 20 m²/g, noch bevorzugter mehr als 40 m²/g, insbesondere mehr als 50 m²/g, aufweisen. Bei der Verwendung derartiger Füllstoffe kann der Verbund mit dem thermoplastischen Material weiter verbessert werden.
Weitere Hilfs- oder Zusatzstoffe sind Alterungsschutzmittel gegen die Photooxidation und Hydrolyse. Diese sind für viele Anwendungen von Vorteil. Geeignete Alterungsschutzmittel sind dem Fachmann bekannt und umfassen beispielsweise Lactone und substituierte Phenole.
Farbmittel zur Masse-Einfärbung umfassen Zubereitungen aus anorganischen oder organischen Farbstoffen oder Pigmenten im Polyolen.
Antistatika vermindern die elektrostatische Aufladung und Biozide schützen die Materialien gegen Angriffe von Mikroorganismen (Bakterien, Pilze).
Katalysatoren können ebenfalls vorzugsweise in der Polyolkomponente vorhanden sein. Besonders geeignet sind insbesondere aminische Katalysatoren. Diese werden vorzugsweise in einer solchen Menge eingesetzt, dass z. B. auf kontinuierlich produzierenden Anlagen Elemente mit Geschwindigkeiten bis zu 60 m/min je nach Elementstärke produziert werden können.
Beispiele für derartige Katalysatoren sind: Triethylendiamin, N,N-Dimethylcyclohexylamin, Tetramethylendiamin, 1-Methyl-4-dimethylaminoethylpiperazin, Triethylamin, Tributylamin, Dimethylbenzylamin, N,N',N''-Tris-dimethylaminopropyl)hexahydrotriazin, Dimethylaminopropylformamid, N,N,N',N'-Tetramethylethylendiamin, N,N,N',N'-Tetramethylbutandlamin, Tetramethylhexandiamin, Pentamethyldienthylentriamin, Tetramethyldiaminoethylether, Dimethylpiperazin, 1,2-Dimethylimidazol, 1-Azabicyclo[3.3.0]octan, Bis-(dimethylaminopropyl)-harnstoff N-Methylmorpholin, N-Ethylmorpholin, N-Cyclohexylmorpholin, 2,3-Dimethyl-3,4,5,6-tetrahydropyrimidin, Triethanolamin, Diethanolamin, Triisopropanolamin, N-Methyldiethanolamin, N-Ethyldiethanolamin, Dimethylethanolamin, Zinn-(ll)-acetat, Zinn-(ll)-octoat, Zinn-(ll)-ethylhexoat, Zinn-(ll)-laurat, Dibutylzinndiacetat, Dibutylzinndilaurat, Dibutylzinnmaleat, Dioctylzinndiacetat, Tris-(N,N-di-methylaminopropyl)-s-hexahydrotriazin, Tetramethylammoniumhydroxid, Natriumacetat, Natriumoctoat, Kaliumacetat, Kaliumoctoat, Natriumhydroxid oder Gemische dieser Katalysatoren.
Als Schaumstabilisatoren, die ebenfalls der Polyolkomponente zugesetzt werden können, kommen vor allem Polyethersiloxane in Frage. Diese Verbindungen sind im Allgemeinen so aufgebaut, dass ein Copolymerisat aus Ethylenoxid und Propylenoxid mit einem Polydimethylsiloxanrest verbunden ist.
Zur Beeinflussung des Lambdaalterungsverhaltens können der Polyolkomponente feste Additive wie z. B. Nanoteilchen zugesetzt werden. Weitere Beispiele von gegebenenfalls in der erfindungsgemäßen Polyolformulierung mitzuverwendenden festen Additiven sind literaturbekannt.
Erfindungsgemäß können Weichschaumstoffe und Hartschaumstoffe eingesetzt werden. Die Verwendung von Hartschaumstoffen ist erfindungsgemäß bevorzugt, da diese bei Druckbeanspruchung einen hohen Verformungswiderstand aufweisen. Darüber hinaus besitzen Hartschaumstoffe eine hervorragend niedrige Wärmeleitung infolge der in den geschlossenen Zellen vorhandenen Dämmgase.
Bei der Herstellung von Polyurethan-Schaumstoff ist die Kennzahl ein wichtiger Parameter. Die Kennzahl gibt das prozentuale Verhältnis der tatsächlich eingesetzten Isocyanat-Menge zur stöchiometrisch, d. h. berechneten, NCO-Menge an. So bedeutet beispielsweise eine Kennzahl von 100, dass die eingesetzte Menge Isocyanat der berechneten entspricht. Bei einer Kennzahl größer als 100 übersteigt die eingesetzte Menge Isocyanat die berechnete Menge. Liegt die Kennzahl unter 100 so ist die eingesetzte Menge Isocyanat niedriger als die berechnete Menge. Durch Veränderung der Kennzahl können Verarbeitbarkeit des Reaktionsgemisches bzw. die Eigenschaften des Polyurethan-Werkstoffes beeinflusst werden. Im vorliegenden Fall haben sich Kennzahlen von 90 bis 180, vorzugsweise von 105 bis 150, noch bevorzugter von 108 bis 120 und insbesondere von 110 erwiesen.
Die Rohdichte hat einen wesentlichen Einfluss auf die Wärmeleitfähigkeit des thermoplastischen Polymers. So nimmt mit zunehmender Rohdichte die Menge an Gerüstsubstanz zu. Dadurch erhöht sich der Anteil der Wärmeleitung über die Zellwände. Vorteilhaft an einer Einstellung der Rohdichte auf niedrige Werte, vorzugsweise unterhalb von 65 kg/m³ ist, dass die gebildeten Verbundelemente ein niedriges Gewicht aufweisen, was insbesondere für den Einsatz im Leichtbau von Vorteil ist.
Ein weiterer wesentlicher Parameter zur Charakterisierung von Polyurethan Hartschaumsystemen sind die Reaktionszeiten, die standardmäßig bei 20°C für einen 100 g-Ansatz bei freier Verschäumung gemessen werden. Charakteristische Parameter sind die Startzeit, die Abbindezeit sowie die Steigzeit. Unter Startzeit wird die Zeit verstanden vom Beginn der Vermischung der Reaktionspartner bis zum sichtbaren Schäumbeginn des Gemischs. Die Abbindezeit kennzeichnet den Übergang des Reaktionsgemischs vom flüssigen in den festen Zustand. Da ab diesem Zeitpunkt mit einem Holzstab aus dem Reaktionsgemisch Fäden gezogen werden können, wird sie auch ”Fadenziehzeit” genannt. Die Steigzeit gibt das Ende des optisch wahrnehmbaren Aufsteigens an.
Praktische Versuche haben ergeben, dass erfindungsgemäß besonders geeignete plastische Schaumstoffe eine Startzeit von 10 Sekunden bis 3 Minuten, vorzugsweise 20 Sekunden bis 2 Minuten und insbesondere 20 Sekunden bis 1 Minute aufweisen sowie eine Abbindezeit von 10 Sekunden bis 500 Sekunden, vorzugsweise 50 Sekunden bis 300 Sekunden, und insbesondere 100 Sekunden bis 200 Sekunden; und eine Steigzeit von 10 Sekunden bis 400 Sekunden, vorzugsweise 50 Sekunden bis 300 Sekunden und insbesondere 100 bis 200 Sekunden.
Die Wärmeleitfähigkeit ν ist eine spezifische Stoffeigenschaft. Sie gibt an, welcher Wärmestrom in Watt (W) durch eine 1 mm² große und 1 m dicke ebene Schicht eines Stoffes hindurchgeht, wenn die Temperaturdifferenz der Schichtoberflächen in Richtung des Wärmestroms 1 Kelvin (K) beträgt. Die Wärmeleitfähigkeit des geblähten polymeren Materials im erfindungsgemäßen Leichtbauelement beträgt vorzugsweise 0,005 bis 1 W/(m·k), vorzugsweise von 0,01 bis 0,1 W/(m·k) insbesondere von 0,024 bis 0,03 W/(m·k). Somit weist das erfindungsgemäße Leichtbauelement ein hervorragendes Dämmvermögen auf.
Das Festigkeitsverhalten von Polyurethan-Hartschaum wird wesentlich durch die Roh-Dichte bestimmt. Beim Verhalten unter Druckbeanspruchung unterscheidet man üblicherweise zwischen Druckspannung und Druckfestigkeit. Die Druckspannung ermittelt man i. d. R. bei einer Stauchung von 10%. Als Druckfestigkeit bezeichnet man die maximale Spannung bis zum Erreichen der Bruchgrenze. Praktische Versuche haben gezeigt, dass das erfindungsgemäße Leichtbauelement eine hervorragende Druckfestigkeit und Druckspannung aufweist. So zeigt das geblähte polymere Material im erfindungsgemäßen Leichbauelement eine Druckfestigkeit und/oder eine Druckspannung bei 10% Stauchung gemessen gemäß EN 826 von mindestens 60 kPa, vorzugsweise mindestens 80 kPa, noch bevorzugter von mindestens 100 kPa, insbesondere von mindestens 150 kPa.
Weitere wesentliche Parameter zur Kennzeichnung der Stabilität von Leichtbauelementen sind Zugfestigkeit senkrecht zur Plattenebene, Scherfestigkeit und Biegefestigkeit. So werden insbesondere Dämmstoffe häufig im Verbund mit anderen Baustoffen, z. B. im Wärmedämmverbundsystem, im industriellen und landwirtschaftlichen Hallenbau eingesetzt. In diesen Anwendungen sind sie auf Zug-, Scher- und Biegefestigkeit beansprucht. Praktische Versuche haben gezeigt, dass die erfindungsgemäßen Leichtbauelemente hervorragende Ergebnisse zeigen.
So weist das geblähte polymere Material im erfindungsgemäßen Leichtbauelement eine Zugfestigkeit gemäß EN 1607 senkrecht zur Plattenebene bei einer Rohdichte von 30 bis 40 kg/m³ von 10 bis 200 kPa, vorzugweise von 20 bis 150 kPa, noch bevorzugter von 40 bis 100 kPa, und/oder bei einer Rohdichte von 30 bis 80 kg/m³ von 10 bis 1500 kPa, vorzugweise von 20 bis 1200 kPa, noch bevorzugter von 40 bis 900 kPa auf.
Darüber hinaus zeigt das geblähte polymere Material eine Scherfestigkeit gemäß EN 12090 bei einer Rohdichte von 30 bis 40 kg/m³ von 50 bis 250 kPa, vorzugweise von 60 bis 180 kPa, noch bevorzugter von 80 bis 120 kPa, und/oder bei einer Rohdichte von 30 bis 80 kg/m³ von 70 bis 600 kPa, vorzugweise von 90 bis 500 kPa, noch bevorzugter von 120 bis 450 kPa.
Ferner zeigt das geblähte polymere Material im erfindungsgemäßen Leichtbauelement eine Biegefestigkeit gemäß EN 12089 bei einer Rohdichte von 30 bis 40 kg/m³ von 150 bis 800 kPa, vorzugweise von 200 bis 600 kPa, noch bevorzugter von 250 bis 500 kPa, und/oder bei einer Rohdichte von 30 bis 80 kg/m³ von 150 bis 1800 kPa, vorzugweise von 200 bis 1500 kPa, noch bevorzugter von 250 bis 1300 kPa.
Das erfindungsgemäße Leichtbauelement weist auch hervorragende Werte bezüglich des E-Moduls auf. So zeigt das geblähte polymere Material ein E-Modul, gemäß EN 1607 bei einer Rohdichte von 30 bis 40 kg/m³ von 2 bis 20 MPa, vorzugweise von 4 bis 15 MPa, noch bevorzugter von 6 bis 9 MPa, und/oder bei einer Rohdichte von 30 bis 80 kg/m³ von 4 bis 50 MPa, vorzugweise von 6 bis 40 MPa, noch bevorzugter von 8 bis 32 MPa.
Ein weiterer wichtiger Parameter von Leichtbauelementen ist das thermische Ausdehnungsverhalten. Jeder Stoff dehnt sich bei Erwärmung aus. Die materialspezifische Wärmeausdehnung pro 1 Kelvin Temperaturerhöhung wird durch den Wärmeausdehnungskoeffizienten beschrieben. Bei geschlossenzelligen Schaumkunststoffen beeinflusst auch der Gasdruck im Zellgefüge das Ausdehnungsverhalten. Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Polyurethan-Hartschaum im erfindungsgemäßen Leichtbauelement hängt unter anderem ab von der Rohdichte, der Art des Mehrwandgewebes, einer eventuellen Fixierung des Leichtbauelements auf einer Bauteilschicht sowie dem gewählten Temperaturbereich.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das geblähte polymere Material im erfindungsgemäßen Leichtbauelement einen Wärmeausdehnungskoeffizienten gemäß DIN 1604 von 0,5·10^–5·K^–1 bis 20·10^–5·K^–1, vorzugsweise von 1·10^–5·K^–1 bis 15·10^–5·K^–1 und insbesondere von 3·10^–5·K^–1 bis 7·10^–5·K^–1 auf.
Die spezifische Wärmekapazität der Bauelemente ist ebenfalls von Relevanz. So hat die spezifische Wärmekapazität der Baustoffe eine Bedeutung für das Wärmespeichervermögen der Bauelemente. Das Wärmespeichervermögen, auch Wärmespeicherfähigkeit genannt, gibt an, wie viel Wärme ein homogener Baustoff von 1 m² Oberfläche und der Dicke s bei einer Temperaturerhöhung um 1 K speichern kann.
Das geblähte polymere Material des erfindungsgemäßen Leichtbauelements weist vorzugsweise eine spezifische Wärmekapazität gemäß EN 12524 von 500 bis 3000 J(kg·K), vorzugsweise von 1000 bis 2000 J(kg·K), und insbesondere von 1200 bis 1600 J(kg·K), auf.
Soll das erfindungsgemäße Leichtbauelement als Wärmedämmstoff eingesetzt werden, so ist es von Vorteil, wenn es eine hohe Geschlossenzelligkeit aufweist, die zu einer geringen Wärmeleitung führt. So ist es erfindungsgemäß bevorzugt, wenn das geblähte polymere Material eine Geschlossenzelligkeit von mehr als 60 Vl.% vorzugsweise von mehr als 70 Vl.% noch bevorzugter von mehr als 80 Vl.% und insbesondere von mehr als 90 Vl.% aufweist.
Die Härte, das Gewicht und die Materialeigenschaften des Bauelements werden stark von der eingestellten Rohdichte beeinflusst. Praktische Versuche haben gezeigt, dass es von Vorteil ist, wenn die Rohdichte des polymeren Materials auf einen Wert von mehr als 40 kg/m³, vorzugsweise von 42 bis 80 kg/m³, noch bevorzugter von 43 bis 70 kg/m³, insbesondere von 45 bis 62 kg/m³ eingestellt wird. Die Einstellung einer Rohdichte auf Werte von mehr als 40 kg/m³ ist bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Leichtbauelemente von Vorteil, da somit eine vollständige Verteilung des geblähten polymeren Materials – trotz Verbindungsfäden – erzielt werden kann.
Das Aufschäumen des polymeren Materials kann über die verschiedensten gebräuchlichen Methoden bewirkt werden. So eignet sich beispielsweise das Aufschäumen mittels physikalischem Schäumen, chemischem Schäumen und/oder mechanischem Schäumen. Erfindungsgemäß besonders geeignet ist das Aufschäumen des polymeren Materials mittels eines Treibmittels, vorzugsweise eines physikalisch wirkenden Treibmittels, insbesondere mittels niedrig siedender Kohlenwasserstoffe, speziell Pentan, Kohlendioxid und/oder teilfluorierten Kohlenwasserstoffen, speziell Pentafluorbutan, Tetrafluorethan, Pentafluorpropan und/oder Heptafluorpropan.
Vorteilhafter Weise wird das thermoplastische polymere Material bei Normaldruck oder Unterdruck zwischen die Wände des Mehrwandgewebes geschäumt.
Die Herstellung der PUR-/PIR-Schaumstoffe kann nach dem dem Fachmann bekannten Einstufenverfahren durchgeführt werden, bei dem die Reaktionskomponenten kontinuierlich oder diskontinuierlich miteinander zur Reaktion gebracht werden. Beispiele sind in US-A 2 764 565 , in G. Oertel (Hrsg.) „Kunststoff-Handbuch", Band VII, Carl Hanser Verlag, 3. Auflage, München 1993, S. 267 ff., sowie in K. Uhlig (Hrsg.) „Polyurethan Taschenbuch", Carl Hanser Verlag, 2. Auflage, Wien 2001, S. 83–102 beschrieben. Bei der kontinuierlichen Herstellung haben sich insbesondere Doppelband-Anlagen als zweckmäßig erwiesen.
Das Mehrwandgewebe kann ein Zweiwandgewebe, ein Gewebe aus drei Wandschichten mit jeweils einem Hohlraum zwischen zwei Schichten oder ein Mehrwandgewebe mit einer nach Verwendungszweck zu bestimmenden Vielzahl von Wandschichten sein. Besonders bevorzugt ist jedoch ein Zweiwandgewebe. Die erfindungsgemäß einzusetzenden Mehrwandgewebe weisen im Falle der Zweiwandgewebe zwei voneinander beabstandete Gewebe auf. Die beiden voneinander beabstandeten Gewebe bilden die ggf. weiter zu behandelnden Außenflächen der Leichtbauelemente und sind durch Fäden (Verbindungsfäden) miteinander verbunden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn diese verbindenden Fäden mit den beiden Geweben verwoben sind. Es versteht sich, dass die Verbindungsfäden nicht nur als einzelne Fäden, sondern in beliebiger Form, beispielsweise gebündelt oder in Form von abstandshaltenden Stegen, ausgebildet sein können. Der Abstand zwischen den beiden flächigen Geweben des Zweiwandgewebes kann einige Millimeter bis zu einem Meter und mehr betragen.
Die Gewebe und die die flächigen Gewebe verbindenden Fäden sind aus Polymerfasern, vorzugsweise Polyesterfasern, Aramidfasern, Polypropylenfasern, Polyamidfasern und/oder Polylactidfasern erzeugt. Die Polymerfasern können hochfest und flammwidrig ausgerüstet sein. Die flammwidrige Ausrüstung kann erfolgen durch Zusatz eines Flammschutzmittels zu der Masse, aus der die Fasern erzeugt werden.
Erfindungsgemäß besonders bevorzugt ist die Verwendung von textilen Verbindungsfäden aus aromatischen Polyamiden (Aramid-Fasern), insbesondere Fasern, die unter dem Namen Kevlar^® erhältlich sind. Ebenfalls vorteilhaft ist die Verwendung von texturierten Fasern. So werden durch die Texturierung folgende Eigenschaften verbessert: die Elastizität, das Volumen, die Feuchtigkeitsaufnahme, der Feuchtigkeitstransport, der Lufteinfluss. Insbesondere wird bei Verwendung texturierter Fasern eine noch bessere Verbundhaftung erzielt.
Die Verbindungsfäden können unbehandelt oder mit gebräuchlichen Methoden vorbehandelt werden. Erfindungsgemäß ist es bevorzugt das Mehrwandgewebe und/oder die Verbindungsfäden mit einer füllstoffkompatiblen Imprägnierung, vorzugsweise mit einer PUR-Benetzung, vorzubehandeln.
Vorteilhaft ist ferner, die erfindungsgemäßen Leichtbauelemente an den außenliegenden Gewebeflächen direkt zu vernähen, zu verkleben oder zu verschweißen.
Zweiwandgewebe sind im Handel erhältlich und werden beispielsweise durch die eile fabrics Viersen GmbH angeboten.
Die erfindungsgemäßen Leichtbauelemente erhalten ihre hohe Festigkeit durch das Zusammenwirken der vorgespannten Gewebeflächen mit den Verbindungsfäden und dem einen kompakten Körper bildenden geblähten polymeren Material im Innenraum zwischen den Gewebeaußenflächen. Das polymere Material ist dazu geeignet, die Verbindungsfäden kraftschlüssig zu umschließen, wobei die Kräfte jeweils abgeleitet und auf die andere Gewebeseite sowie die weiteren Verbindungsfäden übertragen werden können.
Es kann vorteilhaft sein, die Gewebeaußenflächen mit (ggf. vorgespannten) Kohlenstoffasern auszurüsten, vorzugsweise diese einzuweben. Hierdurch kann zur Verwendung der Leichtbauelemente beispielsweise als Decken, Brückenelemente etc. eine höhere Druck-, Bruch- und Reißfestigkeit erreicht werden.
Es kann ferner vorteilhaft sein, das Element ein- oder beidseitig zu beschichten. So kann es für manche Anwendungen sinnvoll sein, das Element mit einem Harz, vorzugsweise mit einem PVC- und/oder Epoxidharz zu versiegeln. Ein besonders geeignetes Verfahren zum Versiegeln eines erfindungsgemäßen Leichtbauelements mit einem Harz ist beschrieben in der DE 10237634 A1 , dessen Offenbarung hiermit in Bezug genommen wird.
Eine weitere Ausbildung der Erfindung sieht vor, die Leichtbauelemente und/oder die nach Vernähen erhaltenen Bauteile mit keramischen Materialien, metallischen Materialien, hölzernen Materialien, mineralischen Materialien, Kunststoffen oder sonstigen Materialien zu beschichten oder zu laminieren. Die Beschichtung. kann beispielsweise durch PVC (Polyvinylchlorid), Aluminium- oder Stahlblech erfolgen.
Das erfindungsgemäße Leichtbauelement kann auch im Verbund mit starren Deckschichten, beispielsweise Holzwerkstoffplatten oder mineralischen Bandbaustoffen, wie z. B. Gipskartonplatten eingesetzt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, in das Mehrwandgewebe einseitig oder beidseitig für den Lichttransport geeignete Glasfasern, ein Glasfasernetz oder eine glasfaserhaltige Vorrichtung einzuweben oder aufzubringen. Diese Glasfasern können auch Verbindungsfäden sein. Durch das Einweben oder Einbringen einer lichtaufnehmenden und lichttransportierenden Glasfaser, eines Glasfasernetzes oder einer glasfaserhaltigen Vorrichtung auf einer Gewebeseite des Leichtbauelements und Verbindung dieser Glasfaser mit einer lichtabstrahlenden Glasfaser, einem Glasfasernetz oder einer glasfaserhaltigen Vorrichtung auf der Gegenseite des Leichtbauelements kann ein Lichttransport von der einen Seite zur anderen Seite des Leichtbauelements erreicht werden.
Um das auf der oberen Seite auffallende Licht optimal zu nutzen, kann es vorteilhaft sein, die Außenseite der oberen Gewebefläche mit einer Folie aus Acryl- oder Plexiglas zu beschichten. Hierdurch werden sowohl vertikale als auch horizontale Lichtwellen verteilt und können durch die lichtleitenden Glasfasern aufgenommen werden. Eine Bündelung der Lichtwellen kann darüber hinaus etwa dadurch erzielt werden, dass die auf die Außenseite aufgetragene Folie aus einer Vielzahl kleiner linsenartiger Felder besteht. Diese Felder bündeln durch ihre Krümmung das Licht und übertragen es punktgenau an die lichtleitenden Glasfasern, die beispielsweise mit der Folie verschweißt sein können. Um auf der Unterseite das Licht wiederum abzustrahlen, werden die lichttransportierenden Glasfaser-Verbindungsfäden auf der Unterseite angeschliffen bzw durch einen Laser ”aufgeschmolzen”. Bei einer Verwendung derartiger Leichtbauelemente als Decken- und Wandelemente können diese nicht nur die tragende Struktur darstellen und isolierend wirken, sondern auch der Raumbeleuchtung dienen.
Die erfindungsgemäßen Leichtbauelemente können als Träger für alle möglichen Materialien dienen. Sie können beispielsweise mit CIS-Solarzellen beschichtet sein. Durch diese aus einer Kupfer-Indium-Diselenid-Verbindung (CuInSe₂) entstandene Technologie, kann Licht in Strom umgewandelt werden. Auf diese Weise wird durch Verwendung der CIS-Technologie auf der Leichtbauelementoberfläche Strom aus Solarzellenfolien erzeugt.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung kann auch darin liegen, in Ergänzung zu der vorstehend beschriebenen Beschichtung einer Seite des Leichtbauelements mit CIS-Solarzellen auf der gegenüber liegenden Seite des Leichtbauelements Akkuflächen, beispielsweise Silicium-Polymer-Akkus in einem Gitter aufzudampfen, einzuweben oder sonstwie aufzubringen und durch ein elektrisch leitfähiges Material mit den CIS-Solarzellen auf der gegenüber liegenden Plattenseite zu verbinden. Auf diese Weise kann der durch Lichteinfall in den CIS-Solarzellen produzierte Strom auf der gegenüber liegenden Plattenseite im Akkumulator oder Akkumulatorgitter gespeichert werden.
Eine ebenfalls zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, die beschriebenen Ausgestaltungsformen des Lichttransports und der Solarstromerzeugung zu kombinieren. Hierzu kann beispielsweise auf der Außenfläche einer Gewebeseite eine Folie aufgetragen werden (ggf. eine Folie aus Acryl- oder Plexiglas), die wie oben beschrieben vorzugsweise aus einer Vielzahl kleiner linsenartiger Felder besteht. Auf der zu dem Leichtbauelement gerichteten Seite der Folie wird eine Art Sieb bzw. Gitter der CIS-Solarzellen derart aufgetragen, dass das einfallende Licht an einigen Stellen auf die CIS-Solarzellen und an anderen Stellen direkt auf das Bauelement trifft. An den Stellen, an denen zwischen Folie und Bauelement keine CIS-Solarzellen aufgetragen wurden, wird die Folie direkt mit den in dem Bauelement enthaltenen Glasfaser-Verbindungsfäden verschweißt. Hierdurch wird ein Lichttransport von der Ober- auf die Unterseite des Bauelements erreicht. An den Stellen zwischen Folie und Bauelement, an denen die CIS-Solarzellen aufgetragen wurden, kann parallel Strom erzeugt werden.
Besonders zweckmäßig ist auch die Beschichtung mit organischen Solarzellen. Die Verwendung organischer Solarzellen hat den Vorteil, dass diese einfach und kostengünstig herstellbar sind.
Schließlich können die erfindungsgemäßen Leichtbauelemente zu Bauteilen oder Bauelementen, auch dreidimensionaler Natur, weiterverarbeitet werden.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Leichtbauelemente, welches mindestens folgende Schritte aufweist:

– zumindest teilweises Ausschäumen des Raumes zwischen den Wänden eines Mehrwandgewebes mit einem thermoplastischen Material, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyurethan (PUR) und Polyisocyanurat (PIR) unter
– Straffung der textilen Verbindungsfäden des Mehrwandgewebes und
– Ausbildung einer Verbindung zwischen dem thermoplastischen Material und den textilen Verbindungsfäden und/oder den Wänden des Mehrwandgewebes.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens werden die Gewebeflächen des Mehrwandgewebes vor dem Einbringen des Polymers gespannt. Das Spannen kann beispielsweise durch mechanisches Greifen und Auseinanderziehen der beiden Gewebeflächen eines Mehrwandgewebes erfolgen.
So kann das textile Mehrwandgewebe beispielsweise in einer Vertikal- oder Horizontalpresse als Formträger eingespannt werden. Die Temperatur des Formträgers liegt vorteilhafter Weise im Bereich von 20 bis 60°C, insbesondere 30 bis 50°C.
Vorteilhaft bei der Verwendung einer vertikal angeordneten Presse ist die einfachere Entlüftung. Praktische Versuche haben jedoch ergeben, dass auch bei Verwendung einer horizontalen Presse sehr gute Oberflächenqualitäten bei niedrigeren Kosten erreicht werden können.
Die Beheizung der Presse kann elektrisch oder mit einem Wärmeträger (z. B. Wasser) erfolgen. Wasser hat den Vorteil, dass mit ihm auch Reaktionswärme abgeführt werden kann und sich die Presse nicht zunehmend erwärmt. Auf diese Weise kann die Verweilzeit in der Presse reduziert werden.
In einem weiteren Schritt wird der Raum zwischen den Wänden des Mehrwandgewebes zumindest teilweise mit dem thermoplastischen Material ausgeschäumt. Vorzugsweise wird das thermoplastische Material über die ”One-shot”-Technik durch ein oder mehrere Einfülllöcher in den Raum zwischen den Wänden des Mehrwandgewebes eingefüllt. Als besonders zweckmäßig hat sich das Einfüllen über die Längsseite erwiesen. Die Anzahl der Einfülllöcher wird zweckmäßiger Weise an die Länge der Bauelemente, die Austragsleistung der Maschine sowie die Anzahl und Dichte der Verbindungsfäden angepasst.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn Entlüftungsöffnungen in dem Leichtbauelement vorgesehen sind. Gute Ergebnisse werden mit Entlüftungsöffnungen mit einem Durchmesser von 1 bis 10 mm, vorzugsweise 2 bis 5 mm, erzielt. Diese können beispielsweise an den Ecken, unterhalb der oberen Deckschicht vorgesehen sein.
Die ”Ein-Schuss”-Technik ist ein gebräuchliches Verfahren zum Einbringen schäumbarer thermoplastischer Materialien. Bei dem ”Ein-Schuss”-Verfahren wird die Gesamtmenge an umzusetzenden Polyisocyanat mit der Gesamtmenge Polyol und ggf.
Hilfsstoffen in ”einem Schuss” vermischt und durch ein Einfüllloch eingefüllt. Vorteilhaft an der ”Ein-Schuss”-Technik ist, dass eine besonders gleichmäßige Schaumstruktur erhalten werden kann. So können Schaumstörungen durch Überwälzungen, Blasenbildung unter den Deckschichten, mangelnde Dimensionsstabilität des Schaumstoffes, die bei der Verwendung mehrerer Einfülllöcher auftreten können, vermieden werden.
Erfindungsgemäß ebenfalls geeignet ist die ”Mehr-Schuss”-Technik. Bei dieser Technik wird das Reaktionsgemisch in mehreren Schüssen über Einfülllöcher, die vorzugsweise an der Längsseite des Bauelements angeordnet sind, eingetragen. Vorteilhaft an der ”Mehr-Schuss”-Technik ist die, mit der ”Ein-Schuss”-Technik verglichen, verringerte Einfüllzeit.
Eine weitere Möglichkeit zum Herstellen des Polyurethanschaums besteht darin, die Gesamtmenge Polyisocyanat in einem ersten Schritt mit einer Teilmenge Polyol umzusetzen und in einem zweiten Schritt dieses noch reaktive NCO-Gruppen enthaltende Produkt mit der Restmenge Polyol und den erforderlichen Hilfsstoffen zum fertigen Polyurethan umzusetzen (”Prepolymer-Verfahren”).
Gegenüber dem Vorteil des schnelleren „Ein-Schuss”-Verfahrens hat der langsamere Zweistufenweg über das Prepolymer den Vorteil, dass die Polyurethan-Polymere geordneter aufgebaut sind.
Bei Einsatz der ”Mehr-Schuss”-Technik kann es vorteilhaft sein, wenn der zu füllende Hohlraum durch Shots in mehrere Bereiche eingeteilt wird und diese einzeln ausgeschäumt werden. Die Shots können beispielsweise aus Hartschaumstreifen bestehen. Das Einfüllen des thermoplastischen Materials kann mit üblichen Einfülltechniken, beispielsweise der Lanzen-, Zieh- und Gießharkentechnik erfolgen.
Bei der Lanzentechnik wird üblicherweise am Mischkopf ein Auslaufrohr angebracht, dessen Länge etwa 2/3 der Formteillänge entspricht. Das Einfüllloch befindet sich auf der Stirnseite. Während des Einfüllens wird die Lanze langsam aus der Form gezogen.
Bei der Ziehtechnik entspricht der Füllvorgang grundsätzlich dem der Lanzentechnik. Hier befindet sich, jedoch zu Beginn der gesamte Mischkopf in der Form und wird während des Füllens allmählich heraus gezogen. Hierzu ist es von Vorteil, einen entsprechend kleinen Mischkopf zur Verfügung zu stellen.
Bei der Gießharkentechnik wird das Reaktionsgemisch mit einer sich über die offene Form bewegenden Gießharke eingefüllt. Für diese Technik ist z. B. eine Klappdeckelpresse notwendig, die sofort nach dem Einfüllen geschlossen wird.
Die Herstellung der Bauelemente kann kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einiger Beispiele und Figuren näher erläütert.
Beispiel 1: Herstellung eines Leichtbauelements

a) Ein textiles Mehrwandgewebe aus hochfestem Polyester wird auf einen Holzrahmen in der Abmessung 720 mm × 400 mm × 67 mm gespannt. Das Element wird in einer Horizontalpresse als Formenträger eingespannt. Die Presse ist auf ca. 45°C temperiert. Es wird ein Polyurethan Reaktionsgemisch LAMOLTAN^®-Hartschaum-System B2-G22-31-5 an der Längsseite des Mehrwandgewebes über ein Einfüllloch eingebracht. Die Einfüllung des Polymerschaums wird mit einer Einfüllmaschine der Marka LACKFA HD-2^® ausgerüstet mit 10 cm³ – Pumpen und einer Austragsleistung von 6,96 kg/min durchgeführt. Das eingetragene Volumen beträgt 19,3 Liter, die Schusszeit 8,32 Sekunden. Es wird eine Schaummenge von 965 Gramm eingebracht. Die theoretische Rohdichte beträgt 50 kg/m³.
b) Zum Vergleich wird ein Leichtbauelement ohne textiles Mehrwandgewebe hergestellt. Hierzu wird ein Metallrahmen in der Abmessung: 490 mm × 940 mm × 65 mm mit Polyurethan der Marke LAMOLTAN^®-Hartschaum-System B2-G22-31-5 befüllt. Das Einfüllvolumen beträgt 15,6 Liter, die Schusszeit 6,72 Sekunden, die eingetragene Schaummenge 780 g. Die theoretische Rohdichte beträgt 50 kg/m³.

Schaumprüfung
Die in den Versuchen 1a und 1b hergestellten Leichtbauelemente werden auf Rohdichte, Druckfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit überprüft.

a) Es zeigt sich, dass das in Versuch 1a erfindungsgemäß hergestellte Leichtbauelement eine gemessene Rohdichte von 48 kg/m³ (gemessen ohne Deckschicht) aufweist. Die Druckfestigkeit beträgt 0,35–0,39 MPa und ist in 1 dargestellt.

Wird die Druckfestigkeit mit Deckschicht gemessen, so erhält man Werte von 0,34 bis 0,36 MPa (vgl. 2).
Die Wärmeleitfähigkeit des erfindungsgemäßen Bauelements wurde wie folgt bestimmt:

0,0212 W/mK (Tm = 23°C, Anfangswert)

0,0236 W/mK (Tm = 23°C, nach 6 Wochen)

0,0249 W/mk (Tm = 23°C, nach 12 Wochen)

b) Die Rohdichte des in Beispiel 1b hergestellten Vergleichselements beträgt etwa 47 kg/m³. Die Druckfestigkeit des Vergleichselements ist in 3 dargestellt und beträgt von 0,25–0,26 MPa.

Die Wärmeleitfähigkeit des Vergleichselements wurde wie folgt bestimmt:

0,0193 W/mK (Tm = 23°C, Anfangswert)

0,0208 W/mK (Tm = 23°C, nach 6 Wochen)

0,0222 W/mk (Tm = 23°C, nach 12 Wochen)
Ergebnis
Es zeigt sich, dass das erfindungsgemäße Leichtbauelement verglichen mit Polyurethanschaum ohne Mehrwandgewebe eine deutlich erhöhte Druckfestigkeit aufweist. Gleichzeitig zeigt das erfindungsgemäße Leichtbauelement eine niedrige Wärmeleitfähigkeit.
Beispiel 2: Herstellung eines Leichbauelements
Es wird ein erfindungsgemäßes Leichbauelement entsprechend der Vorgehensweise von Beispiel 1a hergestellt. Die Eintragung des Polyurethanschaums erfolgt mit einer Einfüllmaschine der Marke LACKFA HD-2 mit 20 cm³ – Pumpen und einer Austragsleistung von 18,71 kg/min.
Das Mehrwandgewebe wird auf einen Holzrahmen in der Abmessung: 895 mm × 490 mm × 55 mm gespannt. Das Einfüllvolumen beträgt 24,1 Liter. Die Schusszeit beträgt 3,9 Sekunden (handgestoppt). Die eingefüllte Schaummenge beträgt 1220 g. Die theoretische Rohdichte beträgt 50 kg/m³.
Schaumprüfung
Die Untersuchung des Bauelements ergibt, dass es eine Rohdichte von etwa 53 kg/m³ aufweist. Die Druckfestigkeit verschiedener Prüfkörper ist in den 4–7 dargestellt. 4 zeigt die Druckfestigkeit von Prüfkörpern in Abmessungen von 50 × 50 mm. Die Prüfkörper weisen eine Druckfestigkeit von 0,43–0,46 MPa auf.
5 zeigt die Druckfestigkeit von Prüfkörpern in Abmessungen von 90 × 90 mm. Die Prüfkörper weisen eine Druckfestigkeit von 0,45–0,49 MPa auf. Die Proben 4 und 5 werden ohne Deckschicht geprüft.
6 zeigt die Druckfestigkeit eines Prüfkörpers mit Abmessungen von 60 × 50 mm. Der Prüfkörper weist eine Druckfestigkeit senkrecht zu den Polfäden, gemessen mit Deckschicht, von 0,40–0,50 MPa auf.
7 zeigt die Druckfestigkeit eines Prüfkörpers in den Abmessungen 50 × 50 mm. Der Prüfkörper weist eine Druckfestigkeit senkrecht zu den Polfäden, gemessen ohne Deckschicht, von 0,29–0,32 MPa auf.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4141113 A1 [0006]
WO 02/030662 A3 [0007]
US 2764565 A [0079]
DE 10237634 A1 [0089]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

EN 826 [0065]
EN 1607 [0067]
EN 12090 [0068]
EN 12089 [0069]
EN 1607 [0070]
DIN 1604 [0072]
EN 12524 [0074]
G. Oertel (Hrsg.) „Kunststoff-Handbuch”, Band VII, Carl Hanser Verlag, 3. Auflage, München 1993, S. 267 ff. [0079]
K. Uhlig (Hrsg.) „Polyurethan Taschenbuch”, Carl Hanser Verlag, 2. Auflage, Wien 2001, S. 83–102 [0079]

Claims

Leichtbauelement, umfassend ein textiles Mehrwandgewebe und mindestens ein geblähtes, thermoplastisches polymeres Material, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyurethan (PUR) und Polyisocyanurat (PIR), wobei das geblähte Material zwischen den Wänden des Mehrwandgewebes die textilen Verbindungsfäden desselben straffend angeordnet ist, das geblähte Material zumindest teilweise mit den Wänden des Mehrwandgewebes und/oder mit den textilen Verbindungsfäden verbunden ist und die Wände des Mehrwandgewebes und/oder die textilen Verbindungsfäden aus Polymerfasern, vorzugsweise Polyesterfasern, Aramidfasern, Polypropylenfasern, Polyamidfasern und/oder Polylactidfasern erzeugt sind.
Leichtbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das geblähte Material durch Verkleben und/oder thermisches Verschmelzen mit den Wänden des Mehrwandgewebes und/oder mit den textilen Verbindungsfäden verbunden ist.
Leichtbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das geblähte, thermoplastische polymere Material flammwidrig ausgerüstet ist.
Leichtbauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das geblähte, thermoplastische polymere Material ein Polyurethan-Hartschaum oder ein Polyurethan-Hartschaum mit Beimischung von Feststoffen, insbesondere Blähglas und/oder Carbon-Nanotubes, ist.
Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyurethan durch Umsetzen von a) Polyisocyanaten mit b) einer Polyolkomponente enthaltend b1) Verbindungen mit mindestens zwei gegenüber Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen, b2) Treibmitteln und gegebenenfalls b3) Flammschutzmitteln, b4) Katalysatoren und/oder weiteren Hilfs- und Zusatzstoffen, hergestellt wird.
Leichtbauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente b) eines oder mehrere durch Umsetzen von niedermolekularen mehrfunktionellen Alkoholen, vorzugsweise Ethylenglykol, Propylenglykol, Trimethanolpropan, Glycerin, Zucker, insbesondere Saccharose und/oder Zuckeralkohole, insbesondere Sorbit, oder Aminen, vorzugsweise Toluoldiamin, Ethylendiamin, mit Alkylenoxid, vorzugsweise Ethylenoxid oder Propylenoxid hergestellte Polyetheralkohole b1.1) enthält.
Leichtbauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyetheralkohole b1.1) Umsetzungsprodukte von Alkandiolen und/oder Alkantriolen mit Propylenoxid sind.
Leichtbauelement nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyetheralkohole b1.1) Molmassen im Bereich von 100 bis 1000, vorzugsweise im Bereich von 200 bis 700, aufweisen.
Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente b) eines oder mehrere durch Kondensation von mehrfunktionellen Alkoholen, vorzugsweise Diolen, mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 2 bis 6 Kohlenstoffatomen, insbesondere Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, 1,2-Propylenglykol, Dipropylenglykol, 1,4-Butandiol, 1,4-Hexandiol mit mehrfunktionellen Carbonsäuren mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise aromatische bifunktionelle Säuren, insbesondere Phtalsäure, Isophthalsäure, Terephtalsäure, Adipinsäure und/oder isomeren Naphthalindicarbonsäuren, hergestellten Polyesterpolyolen enthält.
Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als organisches Polyisocyanat a) ein aromatisches mehrwertiges Isocyanat, vorzugsweise 2,2'-Diphenylmethan-diisocyanat, eingesetzt wird.
Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyurethan eine Kennzahl von 90 bis 160, vorzugsweise von 105 bis 130, insbesondere von 108 bis 120, aufweist.
Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das geblähte polymere Material mittels eines Treibmittels, vorzugsweise eines physikalisch wirkenden Treibmittels, insbesondere mittels niedrigsiedender Kohlenwasserstoffe, speziell Pentan, Kohlendioxid und/oder teilfluorierten Kohlenwasserstoffen, speziell Pentafluorbutan, Tetrafluorethan, Pentafluorpropan, und/oder Heptafluorpropan, aufgeschäumt wurde.
Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das geblähte polymere Material eine Geschlossenzelligkeit von mehr als 60 Vol.%, vorzugsweise von mehr als 70 Vol.%, noch bevorzugter von mehr als 80 Vol.%, und insbesondere von mehr als 90 Vol.%, aufweist.
Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das geblähte polymere Material eine Wärmeleitfähigkeit von 0,005 bis 1 W/(m·K), vorzugweise von 0,01 bis 0,1 W/(m·K), insbesondere von 0,024 bis 0,03 W/(m·K), aufweist.
Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das geblähte polymere Material eine Druckfestigkeit und/oder eine Druckspannung bei 10% Stauchung gemäß EN 826 von mindestens 60 kPa, vorzugweise mindestens 80 kPa, noch bevorzugter mindestens 100 kPa, und insbesondere mindestens 150 kPa aufweist.
Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das geblähte polymere Material eine Zugfestigkeit gemäß EN 1607 senkrecht zur Plattenebene bei einer Rohdichte von 30 bis 40 kg/m³ von 10 bis 200 kPa, vorzugweise von 20 bis 150 kPa, noch bevorzugter von 40 bis 100 kPa, und/oder bei einer Rohdichte von 30 bis 80 kg/m³ von 10 bis 1500 kPa, vorzugweise von 20 bis 1200 kPa, noch bevorzugter von 40 bis 900 kPa aufweist.
Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das geblähte, polymere Material eine Scherfestigkeit gemäß EN 12090 bei einer Rohdichte von 30 bis 40 kg/m³ von 50 bis 250 kPa, vorzugweise von 60 bis 180 kPa, noch bevorzugter von 80 bis 120 kPa, und/oder bei einer Rohdichte von 30 bis 80 kg/m³ von 70 bis 600 kPa, vorzugweise von 90 bis 500 kPa, noch bevorzugter von 120 bis 450 kPa aufweist.
Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das geblähte, thermoplastische polymere Material eine Biegefestigkeit gemäß EN 12089 bei einer Rohdichte von 30 bis 40 kg/m³ von 150 bis 800 kPa, vorzugweise von 200 bis 600 kPa, noch bevorzugter von 250 bis 500 kPa, und/oder bei einer Rohdichte von 30 bis 80 kg/m³ von 150 bis 1800 kPa, vorzugweise von 200 bis 1500 kPa, noch bevorzugter von 250 bis 1300 kPa aufweist.
Leichtbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das geblähte polymere Material ein E-Modul, gemäß EN 1607 bei einer Rohdichte von 30 bis 40 kg/m³ von 2 bis 20 MPa, vorzugweise von 4 bis 15 MPa, noch bevorzugter von 6 bis 9 MPa, und/oder bei einer Rohdichte von 30 bis 80 kg/m³ von 4 bis 50 MPa, vorzugweise von 6 bis 40 MPa, noch bevorzugter von 8 bis 32 MPa aufweist.
Leichtbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das geblähte polymere Material einen Wärmeausdehnungskoeffizienten gemäß DIN 1604 von 0,5·10^–5·K^–1 bis 20·10^–5·K^–1, vorzugsweise von 1·10^–5·K^–1 bis 15·10^–5·K^–1 und insbesondere von 3·10^–5·K^–1 bis 7·10^–5·K^–1 aufweist.
Leichtbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das geblähte, polymere Material eine spezifische Wärmekapazität gemäß EN 12524 von 500 bis 3000 J(kg·K), vorzugsweise von 1000 bis 2000 J(kg·K), und insbesondere von 1200 bis 1600 J(kg·K), aufweist.
Leichtbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das geblähte, thermoplastische polymere Material eine Rohdichte von mehr als 40 kg/m³, vorzugsweise von 42 bis 80 kg/m³, noch bevorzugter von 43 bis 70 kg/m³, insbesondere von 45 bis 62 kg/m³ aufweist.
Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrwandgewebe ein Zweiwandgewebe ist.
Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das textile Mehrwandgewebe ein Gewebe ist, das aus Polyesterfaser und/oder Aramidfaser erzeugt ist, und in das Kohlenstofffasern eingewoben sein können.
Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Element ein- oder beidseitig beschichtet ist.
Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Element mit einem Harz, vorzugsweise einem PVC und/oder Epoxidharz versiegelt ist.
Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass es für den Lichttransport geeignete Glasfasern enthält.
Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens einseitig mit Solarzellen, vorzugsweise organischen Solarzellen, beschichtet ist.
Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass auf mindestens einer Seite des Elements ein Akkumulator, insbesondere ein Silicium-Polymer-Akkumulator, aufgebracht und/oder eingewebt ist.
Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Element mit einem leitfähigen Material befüllt oder beschichtet ist.
Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass es auf einer Seite Solarzellen, vorzugsweise auf organischer Basis, und auf der gegenüberliegenden Seite einen Akkumulator aufweist und beide Seiten miteinander durch ein den elektrischen Strom leitendes Material miteinander verbunden sind.
Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 31 dadurch gekennzeichnet, dass das Element ein- oder beidseitig mit keramischen, metallischen, polymeren, hölzernen oder mineralischen Materialien beschichtet und/oder liminiert ist.
Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Element die Form einer Platte aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Leichtbauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 33, gekennzeichnet durch – zumindest teilweises Ausschäumen des Raumes zwischen den Wänden eines Mehrwandgewebes mit einem thermoplastischen Material, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyurethan (PUR) und Polyisocyanurat (PIR) unter – Straffung der textilen Verbindungsfäden des Mehrwandgewebes und – Ausbildung einer Verbindung zwischen dem thermoplastischen Material und den textilen Verbindungsfäden und/oder den Wänden des Mehrwandgewebes, wobei die Oberfläche des Mehrwandgewebes und/oder der textilen Verbindungsfäden vorzugsweise verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum zwischen den Wänden eines Mehrwandgewebes mit einem Polyurethan Hartschaum ausgeschäumt wird.
Verfahren nach Anspruch 34 oder 35, gekennzeichnet durch Verharzen des Mehrwandgewebes und/oder der Verbindungsfäden zwischen den Gewebeaußenflächen, vorzugsweise durch Anlegen eines Vakuums auf einer Seite des Gewebes und Aufbringen flüssigen Harzes auf der gegenüberliegenden Gewebeaußenfläche.
Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 36, dadurch gekennzeichnet dass das thermoplastische Material über die „one-shot” Technik durch ein Einfüllloch in den Raum zwischen den Wänden des Mehrwandgewebes eingefüllt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 37, dadurch gekennzeichnet dass das thermoplastische Material mit einer Eintragsleistung von 1 bis 100 kg/min, vorzugsweise 2 bis 50 kg/min, noch bevorzugter 5 bis 30 kg/min, und insbesondere etwa 7 kg/min in den Raum zwischen den Wänden des Mehrwandgewebes eingefüllt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 38, dadurch gekennzeichnet dass das thermoplastische Material mit einer Schusszeit von 1 bis 20 s, vorzugsweise von 2 bis 15 s, noch bevorzugter von 3 bis 10 s, und insbesondere von 3,9 bis 8,3 s in den Raum zwischen den Wänden des Mehrwandgewebes eingefüllt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 39, dadurch gekennzeichnet dass die Gewebeflächen des Mehrwandgewebes vor dem Einbringen des thermoplastischen Materials gespannt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 40, dadurch gekennzeichnet dass das Leichtbauelement nach der Herstellung durch Zerschneiden, Zersägen und/oder Vernähen der Schnittkanten konfektioniert wird.
Verwendung eines Leichtbauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 33 als Konstruktionselement in einem Luftfahrzeug, vorzugsweise in einem Luftfahrzeug, dessen Auftrieb auf aerostatischen Kräften beruht.