DE2343366A1 - In der waerme verformbarer bauschichtkoerper aus thermoplastischem polymeren material - Google Patents

Description

Herne, 8000 München 40, FreiligrathstraBe19 _nl_. .__ ρ .. »_a|-_P Eisenader Straße

Postfach 1« Dipl.-I ng. K. M. Bar. Γ p_at.-Anw. Betzier

Pat.-Anw. Herrmann-Trentepohl D IDI. - P h V S. E d U β Γ d B β t ZI θ Γ Fernsprecher: 36 30

Fernsprecher: 51013 ^r * 36 3012

⁵¹⁰¹⁴ Dipl.-Ing. W. Herrmann-Trentepohl ^³⁰¹³

Telegrammanschrift.· Telegrammanschrift: Bahrpatente Herne PATENTANWÄLTE BabetzpatMünchen Telex 08229 853 Telex5215360

Γ -l2 343366 Bankkonten:

Bayerische Vereinsbank München 952 Dresdner Bank AG Herne 7-520 Postscheckkonto Dortmund 558 68-467

Ref.: M 04 377 B/h.

in der Antwort bitte angeben

Zuschrift bitte nach:

München

28. August 1973

XOX Corporation, 837-A-6 Westmore Avenue Lombard, Illinois 60148
USA

In der Wärme formbarer Bauschichtkörper aus thermoplastischem polymeren Material

Gegenstand der Erfindung ist ein in der Wärme formbarer, im wesentlichen starrer Sandwich-Schichtbaukörper aus thermoplastischem polymeren Material mit einem zelligen Kernglied und einem Paar äußerer nicht zelliger Hautglieder aus thermoplastischem Material von normaler Dichte, die klebend mit der Oberfläche des Kerngliedes verengt sind, wobei jedes dieser Elemente, die die Haut- und Kernglieder bilden, ihre strukturelle Eigentümlichkeit innerhalb des Schichtkörpers beim anschließenden Verformen in der Wärme beibehalten. Das zellige Kernglied kann entweder ein Einzelelement sein oder aus einer Vielzahl von Elementen oder Schichten bestehen, die alle die gleiche oder aber auch unterschiedliche Dichte aufweisen können. Ein Verfahren zur Herstellung des in der Wärme verformbaren Schichtkörpers umfaßt im wesentlichen das klebende Vereinigen und Zusammenheften der äußeren ebenen Oberflächen des zelligen Kernkörpers mit Schichten aus nichtzelligem thermoplastischem

Material und umfaßt ferner die Stufen der klebenden Vereinigung der verschiedenen Elemente oder Schichten die ein Kernglied zusammengesetzter Konstruktion liefern.

Die Erfindung "bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung von verhältnismäßig starren geformten Gegenständen aus diesen Schichtkörpern durch Thermoverformung der oben genannten Schichtkörper unter Aufbringung von Wärme unter gesteuerten Bedingungen, gefolgt durch die Aufbringung von Differentialdruck auf den Schichtkörper, wobei die Wärme durcäa die äußeren nichtzelligen thermoplastischen Oberflächen des Schichtkörpers aufgebracht wird, um Dicke, Dichte und Zellstruktur des zelligen Kerngliedes unter gesteuerten thermoverformenden Bedingungen zu modifizieren.

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf starre in der Wärme verformbare Bauschichtkörper in Plattenform o. dgl. und auf Verfahren zur Herstellung derselben. Diese Schichtkörper enthalten eine nichtzellige Haut, die klebend mit einem zelligen Kernglied verbunden ist, bei dem es sich um ein einzelnes zelliges Element handeln kann oder das aus einer Vielzahl von thermoplastischen zelligen Schichten oder Elementen gebildet ist, die klebend miteinander vereinigt sind. Das Schichten umfaßt nicht die Verwendung eines chemischen Blähmittels oder Vulkanisationsmittels und kann erfolgen ohne die Aufbringung von Wärme oder Druck zur Herstellung des zelligen Kerngliedes.

Die Erfindung befaßt sich ferner mit einem Verfahren zum thermischen Verformen des oben beschriebenen Schichtkörpers und zur Bildung von guten Endprodukten. Die derart hergestellten Produkte sind gekennzeichnet durch niedrige Kosten und verbesserte Festigkeit in ausgewählten Bereichen ohne daß ein Schäumen in situ Verwendung finden muß.

Die Herstellung zelliger Schichtkörper und BaumateriäLien nach den verschiedensten Verfahren gehört zum Stande der Technik.

509811/0928 - 3 -

Die meisten starren zelligen Schichtkörper werden hergestellt durch die in situ-Bildung zelliger Kerne, die sandwichartig zwischen Abdeckschichten oder Umhüllungen in einer Form hergestellt werden. Chemische Blähmittel oder gasbildende Mittel die mit dem Kernelementgemisch einteilig gemischt sind, werden durch Wärme oder in anderer Weise in der Form aktiviert. Diese Aktivierung oder Gaserzeugung führt zu den typischen Strukturen mit geschlossenen Zellen im Kernelement, das sich zur Ausfüllung der Gestalt der Form ausdehnt. Die Abdeckschichten, die die äußere Oberfläche des Schichtkörpers bilden, werden selbstverständlich durch die Schäumformen in ihrer Lage gehalten und der Schaum expandiert derart, daß er sich den Konturen der vorgeformten Haut anpaßt. Diese Verfahren sind Jedoch sowohl teuer als auch schwierig zu steuern. Häufig enthält das Kernelement sowohl Blähmittel als auch Aushärtemittel, die ausgedehnte Härtezyklen erforderlich machen.

Die US-PS 3 070 817 beschreibt die Herstellung geschichteter elastomerer Materialien und ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbootes aus diesen Materialien. Im Zusammenhang mit diesem Verfahren wird ein Schichtkörper beschrieben, der aus einer Vielzahl von Schichten aus elastomeren vulkanisierbaren Gummischichten besteht, deren Innerste ein chemisches Blähmittel enthält. Der Schichtkörper wird unter Wärme und Druck geformt, wodurch es zu einem Binden der Einzelschichten untereinander durch das darin enthaltene Vulkanisationsmittel kommt. Infolge der Wärme beim Schichtungsverfahren zersetzt sich das chemische Blähmittel und es bildet sich ein zelliges Kernelement, das dieses Blähmittel enthielt. Der Druck der Schichtvorrichtung (200 psi= 14 Atü) ist derart, daß eine Expansion des zelligen Kernelementes während des Erhitzens verhindert wird, sich dieses jedoch nach dem Nachlassen des Druckes zu einem Schaum von ca. 15 Pfund/Kubikfuß Dichte expandiert. In diesem vulkanisierten Schichtkörper sind die Elemente starr miteinander vulkanisiert oder vereinigt und können sich seitlich nicht relativ zueinander während des anschließenden Thermoverformungsvorganges bewegen.

509811/0928 - 4 -

•Man erkennt, daß die Natur dieses Verfahrens darin liegt, daß die strukturelle Integrität der Schichten während des Erhitzens oder Aushärtens verloren geht, da die Vulkanisation im Effekt die verschiedenen Elemente der aufeinander geschichteten Lagen in eine einzige vereinigte Struktur quer verkettet. Im Endprodukt ist das Ergebnis ein einstückiger vereinigter Schichtkörper, wobei die strukturelle Integrität oder Unversehrtheit jeder Komponente verloren ist und als solche nicht länger identifiziert werden kann. Die Herstellung eines Baukörpers dieser Art bringt offensichtlich bestimmte Probleme mit sich, insofern als der zellige Charakter des Kernmaterials nur nach der Aufbringung von Wärme mit Hilfe von Platten, Autoklaven, Vulkanisatoren o. dgl. entsteht. Der Schichtkörper muß dann erneut erhitzt und im heißen Zustand zu einer Form überführt werden, was erhebliche Probleme in der Aufrechterhaltung der Erwärmung mit sich bringt. Darüber hinaus ist es bekannt, daß die Verwendung von Blähmitteln und Vulkanisationsmitteln in diesem Zusammenhang Schwierigkeiten bei der Steuerung des Verfahrens mit sich bringt, die nicht ohne weiteres überwindbar sind»

Die vorliegende Erfindung schafft ein billiges Verfahren zur Herstellung von im wesentlichen starren, in der Wärme verformbaren Schichtkörpern in Plattenform mit einem zelligen Kunststoff schaumkern, ohne daß der Schaum in situ gebildet werden muß. Die Schichtkörper gemäß der Erfindung sind dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schichten ihre strukturelle Unversehrtheit bei der Bildung des in der Wärme verformbaren Schichtkörpers aufrechterhalten und damit auch im anschließenden Wärmeverformungsvorgang zur Herstellung der Endprodukte. Die Schichtkörper sind ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten sich seitlich frei zueinander bewegen können, während jedoch die Unversehrtheit des Schichtkörpers während des Verformens oder in der Wärme erfolgenden Verformens erhalten bleibt. Die Schichtkörper werden erzeugt ohne die Verwendung von Vulkanisier- oder Querverkettungsmittels und haben unerwartet gute physikalische Eigenschaften, insbesondere hin-

509811/0928 - 5 -

-s- _β 2343368

sichtlich der Schlag- und Biegefestigkeit.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen starren, in der Wärme verformbaren Bauschichtkörper in Plattenform o. dgl., der geeignet ist für die weitere Verarbeitung zu Endprodukten, bestehend aus einem Kernglied aus einem zelligen Thermoplasten, der gekennzeichnet ist durch die Fähigkeit der Modifikation seiner Dichte und seines Volumens bei Anwendung von Wärme unter gesteuerten Formbedingungen, und bestehend aus einem Paar äußerer Hautglieder aus einem nichtzelligen thermoplastischen Material normaler Dichte, das mit den planen Oberflächen des Kerngliedes klebend vereinigt ist. Das Kernglied kann ein einzelnes einstückiges Element sein, besteht jedoch vorzugsweise aus einer Vielzahl von Schichten oder Lagen, die durch Klebstoff miteinander vereinigt sind. Bei der bevorzugtesten Ausführungsform weisen die zelligen Elemente in einem mehrschichtigen oder mehrkomponenten Kernglied unterschiedliche Dichten auf. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung des starren, in der Wärme verformbaren Schichtbaukörpers, das darin besteht, daß klebend ein Paar äußerer Hautschichten aus nichtzelligem thermoplastischem Material normaler Dichte mit einem zelligen thermoplastischen Kernglied der oben beschriebenen Art vereinigt wird.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren für die Herstellung eines verhältnismäßig starr gebildeten Formkörpers aus thermisch verformbaren Schichtmaterial durch Thermoverformen des Schichtmaterials.

Das zellige Kernglied besteht vorzugsweise aus einem thermoplastischen Material, beispielsweise Polystyrol, Polypropylen, Polyäthylen oder Mischpolimerisaten von Styrol, Acrylonitril, Butadien o. dgl. und weist eine Dichte von ca. 3 bis ca. 30 Pfund/ Kubikfuß, vorzugsweise von 4 bis 20 Pfund/Kubikfuß auf.

Bei der bevorzug-ten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung

509811/0928 - 6 -

ist das Kernglied oder die Kernschicht gebildet durch klebendes Vereinigen einer Vielzahl geschäumter thermoplastischer Platten oder Elemente. Bei einer bevorzugten AusfUhrungsform weisen die innersten zelligen Kernglieder eine Dichte auf, die geringer ist als die Dichte der äußeren zelligen Kernglieder, obwohl es sich in beiden Fällen um zellige thermoplastische Schäume handeln kann. Somit haben bei einer Ausführungsform die innersten Kernelemente Dichten von 3 bis 10 Pfund/Kubikfuß und die anderen oder äußeren zelligen Kernglieder Dichten von 12 bis ca. 30 Pfund/Kubikfuß, vorzugsweise 12 bis 20 Pfund/Kubikfuß.

Die Außenschichten des Schichtkörpers, die die Außenhaut bilden, sind aus nichtzelligem verhältnismäßg starren thermoplastischen Schichten normaler Dichte hergestellt, beispielsweise aus starren Vinyl oder Polyvinylchloridschichten, starren Acrylschichten oder starren Acrylonitril- Butadien-, Styrol-(ABS)-Schichten, anderen Polystyrolmischpolymerisaten, PoIykarbonaten oder Acrylat-Methacrylatmischpolymerisaten mit einer Dichte von ca. 90 bis 100 Pfund/Kubikfuß und von 5 bis 150 Mil Dicke.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die zelligen Kernglieder restliches Blähmittel, welches nach der anfänglichen Bildung der zelligen Schicht verbleibt. Anfänglich werden die Schichten oder Platten gebildet unter Verwendung von 3 bis 6 % Blähmittel, welches eine Verflüchtigung bei extensiven Temperaturen erlaubt.

Das Blähmittel ist vorzugsweise nicht chemischer Natur, d. h. ein solches, welches zu dem inerten flüchtigen organischen Flüssigkeitstyp gehört, welches bei den Thermoverformungsbedingungen in ein Gas umgewandelt wird und nicht zu einer chemischen Zersetzung oder Zwischenwirkung zur Bildung eines Gases führt. Wenn eine flüchtige organische Flüssigkeif Verwendung findet, dann bleibt ein Restlösungsmittel innerhalb der Zellen gefangen. Durch Diffusion entweicht das restliche flüchtige organische Lösungsmittel, das innerhalb der Zellen verbleibt,

50981 1/0928

langsam aus der extrudierten Schaumkonstruktion mit einer Geschwindigkeit von annähernd 0,005 "bis 100 Pfund Schaum pro Tag. Wenn der extrudierte Schaumkörper verhältnismäßig frisch ist, dann besteht normalerweise keine Notwendigkeit, diesen Faktor in Rechnung zu stellen, jedoch ist es selbstverständlich, daß nach einem wesentlichen Zeitraum, beispielsweise 30 Tage oder mehr das restliche flüchtige organische Medium innerhalb der Zellen ausreichend erschöpft ist, so daß verhältnismäßig wenige restliche Zellen mit . Expansionsmöglichkeit infolge dieses Mediums als solches verbleiben. Die bevorzugten Blähmittel, die man zur Bildung der Zellstrukturen verwenden kann, sind Gase bei normalen atmosphärischem Druck. Diese thermoplastischen zelligen Materialien mit sehr niedriger Dichte haben eine höhere Fähigkeit zur Expansion bei Erhitzung bis in den Erweichungszustand infolge der Tatsache, daß sie einen größeren Anteil an eingefangenem Gas, Luft oder flüchtigem organischen Medium innerhalb des thermoplastischen Gefüges enthalten. In den Fällen, wo das zellige Material etwas restliches organisches flüssiges Blähmittel enthält, ist eine zusätzliche Expansion und damit eine Reduktion der Dichte beim Erwärmen infolge der Tatsache möglich, daß das Blähmittel sich aus dem flüssigen Zustand in den gasförmigen Zustand umwandelt. Es

Es ist außerdem darauf hinzuweisen, daß bei allen Thermoverformungsvorgängen welche notwendigerweise eine weitere Erhitzung des Schichtkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung zur Voraussetzung haben, eine übermäßige Erhitzung oder eine Erhitzung unter ungesteuerten Druckbedingungen zu einer Überexpansion der Schaumzellen, zu einem Bruch der Zellenwandungen und zu einem Zusammenklappen der Zellen führen können, so daß ein Produkt höherer Dichte entsteht und man logischerweise zu einem Produkt kommen kann, welches den Grenzwert der Dichte eines polymeren thermoplastischen Materials in seinem normalen nichtzelligen Zustand erreicht.

Es hat sich auch herausgestellt, daß beim Erhitzen des Mehr* elementenkernschichtkörpers gemäß der Erfindung beim Thermo-

50981 1 /0928 _ ₈ _

•Ok

verformungsvorgang, wo die Wärme prinzipiell in Strahlungsform vorliegt und von und durch die Außenoberflächen übertragen wird, die Neigung für den zusammengesetzten Zellkern und die äußeren nichtzelligen Hautschichten besteht, daß sich ihre Temperatur fortschreitend erhöht, so daß die äußersten Oberflächen höhere Temperaturen annehmen und die innersten Kernelemente oder Schichten fortschreitend in ihrer Temperatur niedriger sind. Selbst bei dieser niedrigen Temperatur sind die weniger dichten innersten zelligen Elemente am meisten für die Temperatur verantwortlich und expandieren infolgedessen im höheren Ausmaß, während die äußeren zelligen Elemente abhängig von den Temperatur- und Druckbedingungen beim Verformen, in der Dichte mit niedriger Geschwindigkeit abnehmen.

Die organischen flüssigen Blähmittel, die zur Herstellung der Schichtkörper gemäß der vorliegenden Erfindung Verwendung finden, sind Pentan oder ähnliche C-5-Kohlenwasserstoffe und Materialien mit einem ähnlichen Verflüchtigungstemperaturbereich, beispielsweise Freon 112 und Preon 114 oder Gemische irgendwelcher dieser Materialien. Die extrudierten Schaumprodukte, die bei der Herstellung der Kernglieder gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Verwendung finden, sind solche mit geschlossenen Zellen und einer Dicke von ca. 30 bis 150 Mil (0,030 bis 0,150 Zoll). Sie haben Zellengrößen von durchschnittlich ca. 1/64 Zoll am höchsten Ende des Bereiches bis zu 1/3,000 Zoll am kleinsten Ende des Bereiches.

Es ist jedoch selbstverständlich, daß zelliges Material, welches kein Blähmittel enthält, die Fähigkeit einer weiteren Expansion beim Erhitzen infolge eingeschlossener Luft aufweist. Während im Zusammenhang damit auf die Expansion des zelligen Schaummaterials Bezug genommen worden ist, ist noch darauf hinzuweisen, daß unter bestimmten Verformungstechniken eine Zunahme in der Dichte in ausgewählten Bereichen eines geformten Teiles erreichbar sein kann. Dies

509811/0928 - 9 -

liefert einen bestimmten zusätzlichen Durchstechungswiderstand und Druckfestigkeitseigenschaften in diesen ausgewählten Bereichen. In diesen ausgewählten Bereichen, wo es zu einer Steigerung der Dichte der zelligen Komponente kommt, ist die zellige Struktur scharf reduziert.

Somit wird beim Formen oder beim Thermoverformen ein Schichtkörper als solcher, hergestellt nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung, von den äußeren Hautoberflächen her erhitzt und hat die Neigung zu expandieren. Die Form oder Formkonstruktion, die um den erhitzten Schichtkörper gelegt ist, hat die Neigung, einige Teile des Schichtkörpers zusammenzudrücken und in anderen Bereichen das Expandieren des Schichtkörpers zu erlauben in Übereinstimmung mit den Wandungen oder der Oberfläche der Form. Das Endergebnis ist ein Formprodukt, welches trotz seines allgemeinen SchichtCharakters in einigen Fällen dünnere Teile und einigen Fällen dickere Teile aufweisen kann. Die Ausdrücke "dünner" und "dicker", wie sie hier benutzt werden, beziehen sich auf die Norm der allgemeinen Dicke der Platte, wenn sie bearbeitet wird. Im normalen planen Bereich, welcher den Hauptteil der geformten Platte darstellt, kann ein Materialdichtigkeitsgradient im Kernglied von den äußeren Hautoberflächen zu den innersten Kernelementen vorhanden sein. Der am geringsten dichte Teil ist gewöhnlich der innerste Teil des zelligen Kernelementes. Dies Kernelemente, die zwischen den innersten der Kernelemente und der äußeren Hautoberfläche angeordnet sind, weisen eine etwas höhere Dichte auf und die äußeren nichtzelligen Haut- oder Außenschichtelemente sind natürlich von normaler Dichte, da sie im ersten Zustand nichtzellig waren. In diesen Teilen des Schichtkörpers, die von reduzierter Dicke infolge der Gestalt der Form sind, kann im Kern ein ähnlicher Dichtigkeitsgradient vorhanden sein. Jedoch ist der Kernteil des Schichtkörpers, der im Querschnitt dünn ist, normalerweise von höherer Dichte auf Gesamtbasis als die benachbarten Teile des Schichtkörpers von normaler Dicke.

Umgekehrt weist die Platte in den Teilen des Schichtkörpers, wo die Formübereinstimmungen derart sind, daß der Schichtkörper

509811/0928

- 10 -

4o

sich über die durchschnittliche Dickenabmessung der thermisch verformten Platte expandieren kann, eine insgesamt reduzierte Dichte im Zwischenbereich des expandierten Teiles auf. Es ist selbstverständlich, daß alle Elemente des Schichtkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung ihre strukturelle Unversehrtheit während der Thermoverformung aufrechterhalten unabhängig davon, welches Verfahren und welche Form bei der Herstellung des Produktes verwendet werden.

Das Klebemittel, welches beim Vereinigen der verschiedenen Elemente des Schichtkörpers Verwendung findet, ist vorzugsweise ein elastomeres, gummikontaktartiges Klebemittel, d. h. eines, welches selbst haftet. Vorzugsweise ist das Klebemittel ein Lösungsmittel auf wässriger Basis oder ein Emulsionstypklebemittel. Das elastomere Material, das im Klebemittel Verwendung findet, sollte mit den Schaumkernen und de Hau-tmaterialien verträglich sein. Neopren oder Polychloropren mit Molekulargewichten im Bereich von 5,000 sind bevorzugt. Das in den Klebemitteln verwendete Harz ist vorzugsweise ein phenolisches Terpen oder ein butaliertes Phenolharz. Bei Klebemittel auf Lösungsmittelbasis sind die Lösungsmittel vorzugsweise Aliphaten und enthalten Ketone, beispielsweise Azeton oder Methyläthylketon. Es ist selbstversländlich, daß das Lösungsmittel derart gewählt sein sollte, daß es den Schaum der Kernschichten nicht angreift, so daß es nicht zu einem Zusammenbruch kommt. Die Natur des Lösungsmittels ist derart, daß es im trockenen Zustand ausreichend Plastizität besitzt, um beim Erhitzen in der Thermoverformungsstufe zu erweichen und zerfließen, so daß die Schichten oder Lagen gegeneinander gleiten oder sich verschieben können, insbesondere in den Bereichen des Endproduktes, wo gekrümmte oder verstärkte Querschnitte vorhanden sein sollen. Der Festkörperanteil in dem Klebstoff auf Lösungsmittelbasis beträgt vorzugsweise 22 bis 24 Prozent.

Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Schichtkörpers gemäß der Erfindung,·

509811/0928

- 11 -

Fig. 2 einen vergrößerten Teilquerschnitt eines Schichtkörpers, der nach dem System nach Fig. 1 hergestellt wurde;

Fig. 3 einen vergrößerten Querschnitt durch einen Teil

eines Baukörpers, der durch ein Thermoverformungsverfahren unter Verwendung des Schichtkörpers nach der vorliegenden Erfindung hergestellt ist; und in den

Fig. 4, 5 und

6 Teilausschnitte anderer Ausführungsformen von

Schichtkörpern gemäß der vorliegenden Erfindung.

In den Zeichnungen zeigt die Fig. 1 ein Schichtungsverfahren, das zur Herstellung des Schichtkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung zur Anwendung gebracht werden kann. Bei dem wiedergegebenen Verfahren wird ein Paar äußerer Häute oder Oberflächenschichten in Schichtform von Zuführungswalzen 1 und 2 geliefert. Die Schichten bestehen aus nichtzelligem verhältnismäßig starrem polymeren Material normaler Dichte und sind mit den Bezugszeichen 11 und 12 bezeichnet. Vier Rollen mit zelligem Kernmaterial, die mit 3, 4 , 5 und 6 bezeichnet sind, liefern die Kernmaterialschichten 13, 14, 15 und 16, die zwischen die äußeren Häute sandwichartig eingelegt werden. Die mit 3 und 4 bezeichneten Walzen liefern zelliges thermoplastisches Material vorbestimmter Dichte in Schicht oder Plattform (13 und 14), beispielsweise Polystyrol. Die inneren Walzen 5 und 6 liefern zellige thermoplastische Kernelemente 15 und 16, die ebenfalls aus zelligem Polystyrol in Schichtform mit vorbestimmter Dichte bestehen können. Die Dichte der Schichten 15 und 16 kann niedriger sein als diejenige, der Schichten 13 und 14. Die Schichten 11 bis 16 von den Walzen 1 bis 6 werden zu einer gemeinsamen Schichtungszone zugeführt, wo die Schichtung in den Schichtkörper erfolgt, der mit 18 bezeichnet ist.

Wie man aus Fig. 1 erkennt, laufen die Schichten 11 bis 16

50981 1 /0928

- 12 -

durch einen Klebemittelsprühteil zur Aufbringung einer Schicht aus Klebemittel. Dieses Klebemittel ist ein selbsthaftendes Druckkontaktklebemittel in einem Träger, beispielsweise einem Lösungsmittel. Das Klebemittel wird auf die ebenen Oberflächen der Schichten außer natürlich auf die Außenoberfläche der Hautglieder 11 und 16 aufgebracht. Das Lösungsmittel oder der Träger im Klebemittel wird durch Verdampfung entfernt, in dem man die überzogenen Schichten durch eine Trockenstation führt. Nach dem Trocknen werden die Schichten miteinander verbunden und man verwendet Druckwalzen 19 und 20, um die mit dem selbsthaftenden Klebemittel überzogenen Oberflächen unter Druck miteinander in Berührung zu bringen und damit die Schichten miteinander zu bilden und den Schichtkörper herzustellen. Das auf die Oberflächen der verschiedenen Schichten bis 16 aufgebrachte Klebemittel bildet eine mechanische Bindung zwischen den Schichten, so daß die Oberflächen aneinander haften.

Der Schichtvorgang läßt sich aus Fig. 1 ebenfalls entnehmen und der fertige Schichtkörper läßt sich entweder in die gewünschten Längen schneiden und stapeln oder schneiden und unmittelbar in einem Thermoverformungsverfahren weiterverarbeiten.

Eine Hauptvoraussetzung für das besondere druckempfindliche Kontaktklebemittel besteht darin, daß das Klebemittel ausreichend flexibel in den Thermoverformungstemperaturbereichen bleibt und eine richtige und geeignete Bindung in allen Temperaturbereichen liefert, während die besonderen Eigenschaften des Materials der einzelnen Schichten nicht nachteilig beeinflußt werden, wenn sie den auf die geformten oder ungeformten Platten aufgebrachten unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt werden.

Bei der wiedergegebenen Ausführungsform kann es sich bei dem die einzelnen Schichten bildenden Material um ähnliches oder unähnliches Material handeln, jedoch aht sich herausgestellt, daß die Kernmaterialschichten 13, 14, 15 und 16 aus expandierbaren Substanzen bestehen sollten oder wenigstens solche Substanzen enthalten sollen. Diese Substanzen können expandierbares Polystyrol, expandierbares ABS o. dgl. umfassen mit der Hauptforderung, daß das Material durch einen kontrollierten Expansions-

509811/0928

- 13 -

-ΐί- .η. 23Α3368

und Extrusionsprozeß gegangen ist, wobei eine Schicht vorbestimmter Dichte entstanden ist. Außerdem sollte bei der Aufbringung von Wärme eine weitere Expansion möglich sein.

Wie man aus Fig. 1 erkennt enthält die Mehrzahl von Kernschichten zwei Schichten aus zelligem thermoplastischem Material, die mit 13 und 14 bezeichnet sind und in der Nähe des äußeren Hautraaterials liegen, sowie zwei Schichten aus thermoplastischem zelligen Material, die die Bezugszeichen 15 und 16 tragen und weniger dicht als die Elemente 13 und 14 sind. Das wiedergegebene Verfahren zeigt eine bevorzugte Ausführungsform wobei der fertige Schichtkörper eine Vielzahl von Elementen umfaßt, von denen das Kernglied aus einer Vielzahl zelliger thermoplastischer Elemente besteht, die unterschiedliche Dichten aufweisen können. Das Kernglied ist durch äußere Schichten oder Häute begrenzt, die aus dem gleichen Material wie der Kern oder aus unähnlichem Material bestehen können, jedoch in jedem Fall eine höhere Dichte aufweisen als die Kernschichten.

Im Zusammenhang mit der Erfindung ist es notwendig, daß ein Schichtkörper geschaffen wird, der thermoplastisch ist und bei Aufbringung von Wärme deformiert werden kann. Die Deformationseigenschaften des einzelnen Materials hängen selbstverständlich von den Dichten sowie von der Erweichungs- oder Zersetzungstemperatur ab.

Fig. 2 zeigt einen Teilquerschnitt eines typischen Schichtkörpers 18, der in Übereinstimmung mit der Erfindung durch Durchlauf durch den Eingriff der Walzen 19, 20 hergestellt ist. Die folgende Tabelle beschreibt typische Beispiele von Schichtkörpern, wie sie sich nach der Erfindung herstellen lassen.

- Tabelle 509811/0928

- 14 -

Tabelle von Beispielen

Beispiel	I	PS	PS	Il	PS	PS	III	PS	PS	PS	IV	V	PS	PS	VI	VII	VIII	PS	PS	IX	a
Obere Haut		100	100		100	100		100	100	100			100	100				100	100
Material	ABS	6	18	ABS	6	18	ABS	9	9	20	ABS	ABS	9	20	ABS	PVC	AFvrC	: 18 ■	18	PC
Dicke	80			40			50				6o	50			6o	15	40			150
Untere Haut '									PS				PP	—
Material	ABS		ABS		PS		ABS	ABS	100	ABS	PVC	PVC	200		PVC
Dicke	40	-	4o	-	50		6o	50	20	6o	15	70	4-		20
zellige
Kernelemente				-
A		—									mm
Material	PS	-	PS	-	PS	PS	PS	FS	PS	-	PP
Dicke	100		100		100	100	100	100	100		200
Dichte	18	18	20	20	20	20	20	.w.	4
B								-
Material	PS	PS	PS	PS	PS	PS	-PS	- ~	—
Dicke	100	100	100	100	100	100	100
Dichte	6	6	9	20	20	20	20	Acrylnitril, Butadien, Styrolmischpolyraerisat	-
C								I Polyvinylchlorid
Material	PS	PS	—		! Polypropylen	-
Dicke	100	100	-	-		-
Dichte	20	9	-	a*		...
D
Material	PS		_		-
Dicke	100
Dichte	20	-	-		—
E
Material				; Acryl/PolyvinylChloridverbindungen
Dicke				: Polykarbonat
t Dichte	-	-	-		-
F
Material			-		-
Dicke		-
Dichte	-	—	—		—
Abkürzungen:
ABS ; PC! <
J. O < F\TC J
PP :
APVC j
PC :

50981 1 /0928

- 15 -

Der durch klebendes Vereinigen der verschiedenen Schichten an den Druckwalzen 18 und 19 hergestellte Schichtkörper wird einer thermischen Verformung unter Verwendung einer üblichen thermischen Verformungsvorrichtung, vorzugsweise einer Vakuumverformungsvorrichtung unterworfen. Der Schichtkörper wird erhitzt, um die Kernelemente auf die Deformationsoder Erweichungstemperatur zu erwärmen, die im Falle von Polystyrolschäumen zwischen 160 bis 295°F, vorzugsweise 170 bis 190°F liegt, worauf man den Thermoverformungsvorgang ausführt, beispielsweise eine Vakuumverformung. Im Falle von Polypropylenschaumkernen liegt der Erweichungspunkt etwas höher, nämlich im Bereich von 212°F_#

Fig. 3 zeigt eine typische geformte Schicht, die einem Thermoverformungsverfahren, beispielsweise einem Vakuumverformungsverfahren ausgesetzt war. Im Bereich A zeigt die Zeichnung den Querschnitt der expandierten Elemente 13a, 14a, 15a und 16a. Diese zelligen geschäumten Schichten in diesem besonderen Falle beispielsweise Polystyrol, wurden im Bereich des 1,5 bis 5, vorzugsweise 2 bis 3-fachen des ursprünglichen Volumens expandiert. Die Mittelkerne 15 und 16 waren anfänglich 100 Mil (0,100 Zoll) stark und hatten eine Dichte von ca. 10 Pfund/Kubikfuß und nach der Expansion (15a und 16a) eine Dichte von ca. 5 Pfund/Kubikfuß. Die äußeren zelligen Kerne 13 und 14 waren anfänglich 100 Mil dick und hatten eine Dichte von ca, 20 Pfund/Kubikfuß (PCF) und nach der Expansion eine Dichte von ca. 10 PCF. Ihre Dicke war natürlich wesentliche gesteigert.

Der in Fig. 3 mit B bezeichnete Bereich zeigt einen Querschnitt durch ein thermisch verforrates Stück, wobei die Formkonturen derart waren, daß sich eine zusätzliche Expansion ergab, die zu einer vergrößerten Dicke führte. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Kernelemente 15b und 16b im wesentlichen stärker expandiert waren als die Kernelemente 13b und 14b.

509811/0928

- 16 -

Der in Fig. - 3 mit C bezeichnete Bereich zeigt eine Zusammendrückung beim Thermoverformungsvorgang. Hier wurden die mit 13c, 14c, 15c und 16c identifizierten Elemente auf dünnere Querschnitte und größere Dichten als im Sektor A zusammengepreßt .

Fig. 3 beabsichtigt die WMergabe der Vielfalt von Formen, die durch das Verfahren und beim Produkt gemäß der vorliegenden Erfindung erreichbar sind. Es ist erkennbar, daß die örtliche wahlweise Expansionsfähigkeit der thermoplastischen Kernelemente insbesondere im Bereich B zeigt, daß selbstverstärkende Elemente in die Schichtkonstruktion bei der Thermoverformung eingebaut werden können.

'Die Bedingungen für die Thermoverformungen unter Verwendung einer Vakuumform wurden oben diskutiert. Der Schichtkörper nach Beispiel I wurde verwendet zur Herstellung eines Camperdachs unter Verwendung einer Comet Rotary Maschine. Die Erhitzungsbedingungen waren 23 % Eingang auf dem oberen Heizgerät und 57 % Eingang an dem unteren Heizgerät für 105 Sekunden. Im Zusammenhang mit dem Schichtkörper nach den Beispielen III bis VII wurde eine Vorerhitzung angewendet. Beim Beispiel V wurde der Vorheizofenheizer mit 9 und 18 % des Gesamteinganges für 255 Sekunden betrieben. Der Endheizofen wurde mit Eingangswerten von 17 % (oberes Heizgerät) und 34 % (unteres Heizgerät) für 255 Sekunden betrieben. In diesen Beispielen wurde eine vierstufige Comet Rotary Maschine mit zwei Heizstufen angewendet.

Die Schichtkörper gemäß der vorliegenden Erfindung sind denjenigen nach dem Stande der Technik unerwartet überlegen. So wurde beispielsweise ein Schichtkörper gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt, der Hautelemente aus 60 Mil ABS und ein Kernglied aus zwei äußeren Kernschichten von 80 Mil Polystyrolschaum mit einer Dichte von 18 PCF und drei innere Kernschichten von 100 Mil Polystyrolschaum mit einer Dichte von 5 PCF aufwies.

Dieser Schichtkörper wurde mit einem üblichen starren PoIy-

509811/0928 - ¹⁷ "

urethanschaumschichtkörper verglichen, der einen Polyurethankern mit einer Gesamtdicke von 1/2 Zoll und einer Dichte von 6 PCF aufwies und in situ zwischen 60 Mil ABS Schichten geschäumt worden war. Der Schichtkörper nach der Erfindung hatte einen Biegeausfallpunkt bei Balkenbelastung, 14,5 Zoll Spannweite mit einer Mittelbelastung von 192 Pfund bei 1,75 Zoll Durchbiegung im Vergleich zu dem Urethanschaumkörper mit einem Ausfallpunkt von 156 Pfund bei 1,9 Zoll Durchbiegung, was zu einem Ausfallbelastungs-/ Durchbiegungsverhältnis von 82 bzw. 109 führt. Ein Vergleich der Schlagfestigkeit zeigte ebenfalls eine unerwartete Überlegenheit der erfindungsgemäßen Schichtkörper. So hatte der Schichtkörper gemäß der Erfindung eine Schlagfestigkeit unter Verwendung eines 1/2 Zoll Fallpfeilbären von 16 Fuß-Pfund bei Bruch im Vergleich mit 6 Fuß-Pfund für den oben beschriebenen Urethanschaumschichtkörper.

Bei den Ausführungsformen gemäß der Erfindung, die einen Schichtkörper nach den Beispielen I, II, III und V umfaßen und in den Fig. 2 und 6 der Zeichnungen dargestellt sind, hat sich herausgestellt, daß es möglich ist, billige, eine sehr geringe Anfangsdichte aufweisende Mittelkernglieder zu verwenden, die auf Wärme während der Thermoverformung außerordentlich stark ansprechen und die Fähigkeit einer wesentlichen Expansion besitzen, wenn diese niedrige Dichte besitzenden Mittelkernelemente von stärker wärmebeständigen Schichten in der NShe der Hauteleraente umgeben sind. Diese Zwischenschichten weisen Wärmepufferungseigenschaften insofern auf, aus sie den Übergang der Wärme von der Haut zum innersten Kern derart behindern, daß die Häute sich auf der richtigen Thermoverformungstemperatur befinden, die geringere Dichte aufweisen*· den innersten Kerne aber gegen eine unzulässige Wärmeübertragung und übermäßige Temperaturen geschützt sind, die zu einem Zusammenbruch der Zellstruktur führen könnten. Die im vorstehenden angesprochene Konstruktion ist gekennzeichnet durch dünnere Hautteile und eine niedrigere Gesamtkerndichte, während größere Festigkeitseigenschaften aufrechterhalten werden, als man sie erreichen könnte, wenn man Kernelemente mit gleichmäßiger Dichte oderf-SejStjLgkeit verwenden würde. Dies führt

- 18 -

offenbar zu einem weitaus wirtschaftlicheren Produkt, wegen des verhältnismäßig guten Verhältnisses von Leistung zu Gewicht.

In den Fig. 4, 5 und 6 sind in Teilausschnitten und im Querschnitt verschiedene Ausführungsformen der Erfindung wiedergegebenen. Die Kerne sind dabei mit dem Buchstaben A bis P bezeichnet, ähnlich wie in den anderen Beispielen.

- Patentansprüche: -

509811/0928 - 19 -

Claims (1)

1. Patentansprüche

   /Ί. Jim wesentlichen starrer, thermoverf ormbarer Bauschicht- ^^ körper aus thermoplastischem polymeren Material in Schichtform, das zur Thermoverformung zu den Endprodukten geeignet ist, gekennzeichnet durch

   (a) ein Kernglied aus zelligem thermoplastischem Kunststoff, das sich durch die Fähigkeit der Modifikation seiner Dichte und seines.Volumens bei der Aufbringung von Wärme unter gesteuerten Thermoverformungsbedingungen eignet; und

   (b) ein Paar von äußeren Hautschichten aus nichtzelligem thermoplastischem Material normaler Dichte, die mit den Oberflächen des Kerngliedes klebend vereinigt sind.

   2. Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der zellige Kern eine Dichte von ca. 3 bis ca. 30 Pfund/Kubikfuß aufweist.

   3. Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,, daß der zellige Kern aus Polystyrol besteht.

   4. Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Hautglied eine nichtzellige thermoplastische Schicht mit einer Dichte von ca. 60 bis 90 Pfund/Kubikfuß ist.

   5. Körper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Hautglied eine Dicke von ca. 5 bis 150 Mil aufweist.

   6. Körper nach Anspruch' 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hautglied aus Polyvinylchloridharz besteht.

   509811/0928

   '7. Ausführungsform eines im wesentlichen starren thermoverformbaren Bauschichtkörpers aus thermoplastischem polymeren Material in Schichtform, das zur Thermoverformung zum Endprodukt geeignet ist, insbesondere nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

   (a) ein Kernglied bestehend aus einer Vielzahl geschlossene Zellen aufweisender thermoplastischer Schaumschichtelemente, die miteinander klebend vereinigt sind, wobei die Schichten sich durch die Fähigkeit der Modifikation ihrer Dichte und ihres Volumens bei Anlegung von Wärme unter gesteuerten Verformungsbedingungen auszeichnen; und durch

   (b) ein Paar von äußeren Hautschichten aus nichtzelligem thermoplastischem Material normaler Dichte, das mit den Oberflächen des Kerngliedes vereinigt ist.

   8. Körper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichn e t , daß die zelligen Kernelemente eine Dichte von ca. 3 bis ca. 30 Pfund/Kubikfuß aufweisen.

   9. Körper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die zelligen Kernglieder aus Polystyrol bestehen.

   10. Körper nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß der Kern aus einer Vielzahl von Elementen mit einer Dicke von ca. 30 bis 150 Mil besteht.

   11. Körper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß das Hautglied eine nichtzellige thermoplastische Schicht mit einer Dichte von ca. 60 bis 90 Pfund/Kubikfuß und einer Dicke von ca. 5 bis 150 Mil ist.

   12. Körper nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die den Schichtkörper bildenden thermoplastischen Elemente

   509811/0928

   - 21 -

   kleinen Wärmeerweichungspunkt von ca. 160 bis ca. 295 F aufweisen.

   13. Körper nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das zellige Kernglied restliches Blähmittel enthält.

   14. Körper nach einem oder mehreren der vorhergehenden AnsOrüche, dadurch gekennzeichnet , daß die zelligen Kernelemente restliches Blähmittel in Form einer flüssigen organischen Flüssigkeit enthalten, die bei Temperaturen im Wärmeverformungsbereich der zelligen Fernelemente in den gasförmigen Zustand verwandelt wird.

   15. Körper nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Kernelemente unterschiedliche Dichten aufweisen.

   16. Körper nach Anspruch 15. dadurch gekennzeichnet , daß die Kernelemente so angeordnet sind, daß das am wenigsten dichte Kernelement oder die am wenigsten dichten Kernelemente im Mittelteil des Kerngliedes liegen.

   17. Verfahren zur Verformung eines Thermoverformbaren thermoplastischen Schichtkörpers, der für die weitere Bearbeiturg unter thermischen Verformungsbedingungen geeignet ist, dadurch gekennzeichnet , daß ein Klebmittel auf die planen Oberflächen eines zelligen thermoplastischen Kerngliedes in Schichtform aufgebracht wird und ein thermoplastisches nichtzelliges Hautelement in Schichtform mit den ebenen Oberflächen des zelligen Kerngliedes vereinigt wird.

   509811/0928 - 22 -

   18. Verfahren zur Herstellung eines thermoverformbaren thermoplastischen Schichtkörpers, der für die v/eitere Verformung unter Thermoverformungsbedingungen geeignet ist, dadurch gekennzeichnet , daß eine Vielzahl zelliger thermoplastischer Kernelemente in Schichtform zur Bildung eines Kerngliedes klebend vereinigt wird und ein thermoplastisches, nichtzelliges Hautelement in Schichtform mit dem zelligen Kernglied klebend verbunden wird.

   19. Verfahren zur Thermoverformung eines Bauelementes, dadurch gekennzeichnet , daß ein Schichtkörper nach Anspruch 1 so ausreichender Wärme ausgesetzt wird, daß die inneren Kernelemente den Wärmeverformungspunkt erreichen, worauf der erwärmte Schichtkörper in eine Form mit vorbestimmter Gestalt eingesetzt wird, der Schichtkörper in der Form gekühlt wird, während er solchen Druck ausgesetzt ist, daß der Schichtkörper die Gestalt der Form annimmt, und daß der Schichtkörper auf der Form entnommen wird, nachdem die Temperatur des thermisch verformten Schichtkörpers unter den Wärmeverformungspunkt gefallen ist.

   20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß das Formverfahren ein Vakuumformverfahren ist.

   21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß die Gestalt- der Form und der auf den erhitzten Schichtkörper aufgebrachte Druck derart gewählt sind, daß ein Endformprodukt entsteht, das unterschiedliche Querschnittsdicken vorbestimmter Größe und Gestalt aufweist, wobei die Teile mit größerer Dicke einen zelligen Kernteil besitzen, dessen Dichte kleiner als diejenige der anderen Teile der Platte ist.

   509811/0928 ~²³

   22. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch g e k e η η zeichmet , daß die Gestalt der Form und die aufgebrachten Druckbedingungen derart gewählt sind, daß im endgültigen Formprodukt Flächen vorbestimmter Gestalt und Dicke entstehen, deren Dichten größer und kleiner als die Dichte des zelligen Kernelementes im vorherrschenden Teil des Schichtkörpers sind.

   509811/0928