DE2648893A1

DE2648893A1 - Verbundmaterial sowie verfahren zur herstellung desselben

Info

Publication number: DE2648893A1
Application number: DE19762648893
Authority: DE
Inventors: Peter Hans Hofer
Original assignee: COMPOSITE TECH CORP
Current assignee: COMPOSITE TECH CORP
Priority date: 1975-11-07
Filing date: 1976-10-28
Publication date: 1977-05-18
Also published as: GB1539240A; FR2330535B1; FR2330535A1; US4042746A; JPS5258781A; JPS54131582U

Description

DipUng. W. DaKIU *

Dipl.-ing. H.-]. Lippert 27. Oktober 1976

Patentanwälte „

Frankenforster Straße 137
5060 Bensberg-Refrath

Composite Technology Corporation Bloomfield Hills, Michigan (V.St.A.)

Verbundmaterial sowie Verfahren zur Herstellung desselben

Die Erfindung betrifft ein Verbundmaterial und ein Verfahren zur Herstellung desselben. Insbesondere betrifft sie den Aufbau und das Verfahren zur Herstellung lameliierter Verbundmaterialien, bei denen mehrere Materialien miteinander verbunden werden, um ein festes Gefüge entstehen zu lassen, das die zusammengesetzten physikalischen und chemischen Eigenschaften der benutzten Materialien hat. Die Erfindung ist spezieller mit Verbundmaterialien befaßt, bei denen vorherrschend nicht metallische Werkstoffe benutzt werden, beispielsweise hochfeste Glasfasern, offen- und geschlossen-zellige Harzschäume und wärmehärtende Harzbindemittel.

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Zahlreiche Verfahren und Methoden stehen zur Herstellung von Formen oder Gefügen zur Verfügung, "bei denen harzimprägnierte Glasfasern "benutzt werden. Typisch für solche Methoden ist die Handverlegemethode, bei der Fahrzeug- und Schiffsformteile in der aufwendigen Arbeit hergestellt werden, Faserglaslagen in eine Form zu legen und Zwischenschichten aus Harz darauf aufzufügen, bis die erforderliche Dicke erreicht ist, und dann läßt man das Verbundmaterial in der Form aushärten. Ein anderes Verfahren produziert ein Verbundmaterial, das als Sheet Molding Compound bekannt ist, und dabei wird harzimprägniertes Faserglas einem hohen Formdruck in der Größenordnung von 60 bis I40

kp/cm ausgesetzt, und dann läßt man aushärten. Diese und andere Verfahren zur Herstellung von Verbundmaterialien haben verschiedene Nachteile, zu denen einer oder mehrere der folgenden gehören: langsame Fertigung, hoher Arbeitsaufwand oder teure Werkzeuge, besonderes dann, wenn, mit hohen Formdrücken gearbeitet wird. Allgemein sind bekannte Formverfahren für Verbundmaterialien auf die strukturellen Formen von Materialien beschränkt, die sich kombinieren lassen, um ein Verbundgefüge zu verwirklichen.

Eine besondere Schwierigkeit rührt bei bekannten Technologien daraus her, daß ein Verbundgefüge hergestellt werden soll, das eine hohe Festigkeit erfordert, ferner eine Oberflächenhärte oder TJndurchlässigkeit und eine strukturelle Starrheit, wobei die letztere Charakteristik von dem Teil normalerweise erfordert, daß einen relativ dicken Querschnitt hat oder sonstwie verstärkt ist.

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Die Erfindung ist auf ein Yerbundmaterial gerichtet, das ein im Gewicht leichtes, starres, Kernelement benutzt, an das eine hochfeste und un-' durchlässige äußere Haut angeformt wird,. ¥m dieses Ergebnis zu erreichen, müssen zwei Hauptzielsetzungen erreicht werden. Einmal muß der Torgang, bei dem die hochfeste äußere Haut auf dem leichten Kernelement aufgeformt wird, in solcher Weise erreicht werden^ daß das Kernlelement nicht zerdrückt wird. Zum anderen muß die hochfeste Haut mit dem Kernelement so verbunden werden, daß für eine hohe Scher- bzw. ibziehfestigkeit gesorgt wird, um die Möglichkeit der Ent lame liierung zu verringern.

Das Konzept eines Verbandmaterials, das aus einem verfestigten Schaumkern besteht, der eine verstärkte Faserglas-Äußenhaut hat, ist in der US-PS 3 269 Ö87 beschrieben. Dort wird das verfestigte Kernelement jedoch dadurch hergestellt, daß mit einem offenzelligen elastisch geschäumten Harzmaterial begonnen wird, bei dem die offenen Zellen mit einem Harz beschichtet, jedoch nicht gefüllt werden» das man aushärten läßt, um ein verfestigtes, im Gewicht leichtes Gefüge entstehen zu lassen. Dort ist vorgeschlagen worden, daß ein solches Gefüge mit einer äußeren verstärkenden Schicht aus Glasfasern kombiniert wird, die unabhängig mit einem wärmehärtenden Harz imprägniert sind und am harzimprägnieren Kern in Haftung gebracht werden. Eines der Probleme bei diesem Lösungsweg ist die Notwendigkeit, bei der Herstellung des Kernelements mit einem elastischen Schaum beginnen zu müssen, dessen offene Zellen einzeln mit einem Harz beschichtet werden müssen, um die 'endgültige Starrheit zu erbringen, die vom Kernelement verlangt wird, und

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! das macht es schwierig, eine "bestimmte Dicke oder Querschnittsform im Kernelement aufrechtzuerhalten. Ein Kernelement, das nach der genannten US-PS hergestellt wird, ist ein Zweiphasen-Material, wobei eine Phase der offenzellige Schaum und die zweite Phase die Harzträgermasse sind. Die Harzträgermasse, die sich durch die gesamte Schaumphase erstreckt, fügt unvermeidlich diesem Gefüge Gewicht und Kosten hinzu.

Erfindungsgemäß wird andererseits die Bildung des Terbundmaterials mit einem verfestigten, einphasigen, geschlossenzelligen Schaumkernelement begonnen, das den relativ geringen Druckkräften wiederstehen kann, die angewendet werden, um eine hochfeste, verstärkte Außenschicht entsprechend der Erfindung aufzutragen.

Aus den US-PS 3 193 437 und 3 193 441 ist das Konzept eines zunächst elastischen und offenzelligen Schaummaterials bekannt, das mit einem wärmehärtenden Harz imprägniert wird, und zwar allein oder in Kombination mit verstärkenden Fasern, und dabei wird die Schaumschicht unter re'Xativ geringen Drücken komprimiert, so daß das wärmehärtende Harz \ im wesentlichen die Zellen des Schaums füllt, und dieses Harz wird dann gehärtet, während die elastische Schaumschicht im komprimierten Zustand gehalten wird. Dieses bekannte Verfahren ist besonders vorteilhaft für die Herstellung eines relativ dünnwandigen Verbundteils mit ! hoher Festigkeit und Dichte. Zur gleichen Zeit ist es möglich, diese bekannte Lehre anzuwenden, um Verbundteile erheblicher Dicke aufzubauen.

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Weil es "bei diesem "bekannten Verfahren jedoch erforderlich ist, das ursprünglich elastische offenzellige Schaummaterial auf zwischen 1/2 und 1/4 seiner ursprünglichen Dicke zusammenzudrücken, um die Zellen mit Harz zu füllen, ist es erforderlich, entweder ein sehr dickes, anfänglich elastisches offenzelliges Schaumamaterial oder mehrere Schichten eines solchen Materials zu benutzen, die alle mit einem wärmehärtenden Harz imprägniert werden, um einen relativ dicken Teil zu erreichen. Die Nachteile beim Arbeiten mit diesem bekannten Verfahren zur Herstellung eines Teils mit einem dicken Querschnitt sind die, daß ein solcher Teil (1) schwer in bezug auf seine Festigkeit und Starrheit wird, (2) wegen der im wesentlichen massiven Harzträgermasse teuer ist, die sich durch den gesamten Teil erstreckt, und (5) ein schlechter Isolator ist, was sich durch einen niedrigen K-Faktor anzeigt.

Während es theoretisch möglich ist, Verbundteile mit einer relativ unbegrenzten Dicke unter Verwendung des bekannten Verfahrens herzustellen, verlieren in der Praxis Teile mit Dicken von mehr als 7 bis 8 mm bestimmte ihrer wichtigen Vorteile, unter anderem eine wichtige Verringerung im Verhältnis Festigkeit zu Gewicht mit der Zunahme der Dicke.

Erfindungsgemäß ist es möglich, ein im Gewicht leichtes, hochfestes Verbundmaterial erheblicher Dicke herzustellen, wobei das Bindeharz auf die äußere Verstärkungsschicht beschränkt ist und der Schaumkern von einem solchen Harz im wesentlichen nicht imprägniert wird. Als Folge davon bleibt das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht eines relativ

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dicken Teils im -wesentlichen das eines Teils mit viel dünnerem Querschnitt, weil das nicht imprägnierte Sehaumkernelement, das dem Yerbundmaterial den größten Teil seiner Dicke gi"bt, sehr leicht ist.

Während Verbundmaterialien mit einem "breiten Bereich an Dicken und Qaerschnittsformen mit der erfindungsgemäßen Lehre möglieh sind, lassen sich Teile im Dickenbereieh von 5 bis 10 mm ohne weiteres damit herstellen. Indem ferner ein geschlossen-zelliges Schaumkerne lement "benutzt wird, hat das wärmehärtende Harz, das die hochfeste verstärkende Schicht mit dem Kernelement verbindet, eine sehr beschränkte Durchdringung des Kernelements, um damit die Menge an Bindeharz stark zu verringern, das benutzt wird, indem es auf die Außenschicht des Verbundmaterials beschränkt wird, wo eine hohe Festigkeit und Ondurchlässigkeit normalerweise benötigt werden. Insofern, als das Verfahren, mit dem die hochfeste verstärkende Außenschicht oder Haut gebildet und mit dem geschlossen-zelligen Schaumkernelement verbunden wird, mit relativ

2 geringen Druckkräften arbeitet, z.B. 1,4 bis 10,5 kp/Cm , können eine große Vielfalt an leichten, geschlossen-zelligen Schaumkernelementen benutzt werden, die zu einem leichten, hoch-festen verfestigten 7erbundteil führen.

' Insbesondere kann erfindungsgemäß ein relativ zerbrechlicher gescihlossenzelliger, starrer Schaum, z.B. Polyurethan, in praktisch jeder gewünschten Dicke als das Kernelement benutzt werden. Eine anfänglich ■ elastische und offenzellige Schaumschicht, z.B. Polyurethan, liegt über ₍

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mindestens einer Seite des Kernelements, und entweder vor oder nach dem Auflegen auf das Kernelement wird der offenzellige Schaum mit einem geeigneten polymerisierbaren flüssigen Harzsystem imprägniert, z.B. Vinylester, Polyester oder Epoxyd. Eine Schicht aus hochfestem verstärkenden Material, z.B. Glasfasern, wird dann über die imprägnierte offenzellige Schicht gelegt, und das gesamte Verbundgefüge wird einer ausreichenden Druckkraft unterzogen, um die Dicke der imprägnierten Schaumsicht wesentlich zu verringern. Dabei werden die offenen Zellen im wesentlichen ganz mit Harz gefüllt, und der Über£schuß solchen Harzes wird nach innen zur Fläche dess Kernelements hin und nach außen gepreßt, um die verstärkenden Fäden zu imprägnieren. Weil der Druck, vorzugsweise im Be-

reich von 3,5 bis 7 kp/cm , der erforderlich ist, um die offenzellige Schaumsicht zu komprimieren und das Harz zu extrudieren, einen solchen relativ niedrigen Wert hat, erfolgt kein Zusammenquetschen des Kernelements. Während das Terbundgefüg*e unter Druck gehalten wird, wird das Harzmaterial wärmegehärtet, um damit eine bindende Trägermasse entstehen zu lassen, die sich von der verstärkenden Schicht zum Kernelement erstreckt und damit die verstärkende Schicht mit dem Kernelement bindet.

Insofern, als die Kompressions- und Bindedrücke, mit denen erfindungsgemäß gearbeitet wird, ausreichend niedrig sind, um das Kernelement nicht zusammenzuquetschen, kann das Kernelement selbst vorgeformt oder vorgestaltet sein, um die gewünschte Endkontur des fertigen Yerbundteils zu erhalten.

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Erfindungsgemäß befindet sich das kostspielige und relativ schwere Bindeharz nur in der äußeren Schicht des Verbundteils, und dort sorgt es in Kombination mit der verstärkenden Schicht für die erforderliche Undurchlässigkeit und Festigkeit der Konstruktion. Entsprechend können die Dicke des Teils und dessen daraus resultierende Starrheit geändert werden, indem die Menge, z.B. Dicke, des leichten und relativ billigen geschlossen-zelligen Schaumelements geändert wird, ohne daß die Kosten oder das Gewicht des Verbundteils wesentlich erhöht werden.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung sind:

Fig. 1 ein auseinandergezogenes Schaubild von Verbundmaterialien vor dem Formen,

Fig. 2 ein Schaubild des geformten Verbundteils und Fig. 3 eine modifizierte Ausführung der Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine typische Ausführung eines hochfesten, leichten Verbundgefüges, das erfindungsgemäß hergestellt worden ist. Fig. 1 stellt eine auseinandergezogene Ansicht der verschiedenen Komponenten dar, die bei dem Verbundmaterial vor dem-Binden benutzt werden, während Fig. 2 das Verbundmaterial aus Fig. 1 nach dem Formen zeigt.

Während die Erfindung für Verbundgefüge verschiedener Dicken und Formen anwendbar ist, ist sie von besonderer Bedeutung für die Serstellung von

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Teilen mit einem relativ dicken Querschnitt. Eine erhöhte Teiledicke kann aus Gründen der Festigkeit, der Starrheit, der Schalldämmung oder der Wärmedämmung erforderlich sein. Idealerweise wird eine solche Dicke mit einem geringsten Zusatz von Gewicht und Kossten zum Verbundteil verwirklicht. Um dem Verbundgefüge gemäß der Erfindung Masse bzw. Dicke zu verleihen, wird ein leichtes, geschlossen-zelliges Schaumkernelement 10 benutzt. Das Kernelement 10 ist starr und ist zum Beibehalten seiner Gestalt und Größe während der anschließenden Formgebung des Verbundgefüges vorgesehen. Das Kernelement 10 kann aus irgendeinem geeigneten starren Schaumstoff wie Polyurethan, Polystyrol, Polyäthylen, Polypropylen, Phenol bestehen, um nur einige Beispiele zu nennen. Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, andere Kernelementmaterialien zu benutzen, unter anderem geschäumte Metalle, geschäumtes Glas, geschäumte Keramik und verschiedene ¥abenkonstruktionen. Die Hauptkriterien für die Konstruktion des Kernelements sind, daß es starr und leicht ist, deshalb wahrscheinlich von zellularer Konstruktion, und sich mit dem sonstwo im Verbundteil benutzten Harz system verträgt und diesem gegenüber im wesentlichen undurchlässig ist.

Ein wichtiger Grund, warum eine solche Vielzahl von Materialien, einschließlich einiger, die halbzerbrechlich sind, im Rahmen der Erfindung benutzt werden können, isst die Tatsache, daß die Formdrücke, mit denen beim Herstellungsverfahren gearbeitet wird, sehr niedrig sind und 10,5 kp/cm nicht überschreiten.

Es ist ferner wichtig, zu beachten, daß die Zellen des Kernelements 10

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geschlossen sind, d.h. gegeneinander abgedichtet sind. Mit anderen Worten, während der Aufbau des Kernelements derart ist, daß er Hohlräume oder Leerräume aufweist, stehen die meisten dieser Leer- oder Hohlräume nicht miteinander in Verbindung, und deshalb werden sie nicht mit dem wärmehärtenden Harz beschichtet oder gefüllt, das an anderer Stelle im System benutzt wird. Die Hauptbedeutung der geschlossen-zelligen Konstruktion ist die, daß überschüssiges Gewicht und überschüssige Kosten beseitigt werden, die anfallen würden, wenn das wärmehärtende Harz durch das gesamte Kernelement gehen könnte.

Es versteht sich ferner, daß insofern, als das starre Schaumkernelement 10 seine ursprüngliche Form während der Bildung des Verbundteils beibehält, das Kernelement zunächst geformt oder sonstwie gestaltet werden kann, und zwar auf dies endgültig gewollte Profil für den fertigen Verbundteil.

Insbesondere bezüglich der harz-Starrschäume für das Kernelement wie Polyurethan ist mit Dichten bis hinab zu 14»4 kg/m erfolgreich gearbeitet worden, wobei Dichten von 24 bis 3² kg/m bevorzugt werden. Höhere Dichten können je nach der erforderlichen Endfestigkeit benutzt werden* und höhere Dichten werden häufig in Verbindung mit Teilen kleineren Querschnitts benutzt.

Wieder auf Fig. 1 und 2 bezugnehmend, sind offenzellige und zunächst elastische Schaumschichten 12 und I4 zur Auflage auf gegenüberliegenden

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Seiten des Kernelements 10 vorgesehen. Indem auf die Offenzelligkeit der elastischen Schaumschichten 12 und I4 bezug genommen wird, bedeutet, daß allgemeinmindestens 85$ der Schaumzellen in offener Verbindung mit angrenzenden Zellen stehen. Es hat sich herausgestellt, daß ein flexibler oder elastischer Polyurethanschaum für die praktische Realisierung der Erfindung sehr gut geeignet ist. Andere offenzellige elastische Schäume können jedoch benutzt werden, solange s'ie sich mit dem wärmehärtenden Harz vertragen, mit dem ein solcher Schaum imprägniert wird.

Bei Bezugnahme auf "starr" im Gegensatz zu "elastisch" für Schaumstoff oder andere Kernelementmaterialien soll das ein Material bezeichnen, das sich jeder nenenenswerten Verringerung in der Dicke widersetzt, wenn es der Kompressionskraft ausgesetzt wird, mit der gearbeitet wird, um die Dicke der elastischen Schaumschichten 12 und I4 zu komprimieren und sie wesentlich zu verringern.

Offenzellige Schaumschichten 12 und I4 können als Speicher für das flüssige wärmehärtende Harz während des Formvorgangs angesehen werden. Die Dicke der offenzelligen Schichten 12 und I4 wird allgemein durch die Menge an Verstärkungsschicht bestimmt, die mit Harz imprägniert werden muß, und auch durch die Menge einer Formdiskrepanz zwischen dem Vater- und dem Mutterteil, mit denen beim Formvorgang gearbeitet wird. Es ist jedoch üblich, eine offenzellige elastische Schaumstoffschicht mit einer Dicke von 25 mm oder weniger zu Anfang mit einer Dichte im Bereich von

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8 bis 80 kg/m zu benutzen.

Die offenzelligen Schaumstoffschichten 12 und 14 werden vorzugsweise mit einem geeigneten wärmehärtenden Harz vor dem Auflegen auf das Kernelement 10 imprägniert. Die elastischen Schaumstoffschichten können also in jeder bekannten Weise imprägniert werden, beispielsweise durch Tauchen, Durchlauf durch ein Harzbad und durch Durchlauf durch Quetschwalze'^, um die Menge an flüssigem Harz zu bestimmen, das in der Schaumstoffschicht zurückbehalten wird, oder es kann eine Gravurwalzenbeschichtung vorgenommen werden.

Wiederum in Abhängigkeit von der Verträglichkeit mit den anderen Verbundmaterialien, der verfügbaren Aushärtzeit, den mechanischen Festigkeitsanforderungen in der Verstärkungsschicht und den Kosten können eine Vielzahl von zufriedenstellenden polymerisierbaren Harzsystemen benutzt werden, um die offenezelligen Schaumschichten 12 und I4 zu imprägnieren. Es ist im Rahmen der Erfindung sehr zufriedenstellend, entweder Vinylester, Polyester oder Epoxydharzen für Imprägnierungszwecke zu benutzen.

Was die Verträglichkeit anbelangt, ist es beispilesweise evident, daß bei Benutzung eines Vinylesterharzsystems, das eine Polystyrolmonomerkomponente hat, Kernelementenschaum wie Polystyrolschaum nicht benutzt werden kann, insofern, als das Styrolmonomer den Schaum auflösen würde. Ferner erfordern Vinylestersysteme in der Regel Polymerisationstempera-

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türen zur Bewirkung seiner Aushärtung, die hoch genug sind, um bestimmte Schäume schmelzen zu lassen. Die Bindeharze.müssen also richtig aufeinander abgestellt werden, um sich chemisch und mechanisch mit dem geschäumten Kernelement 10 zu vertragen. Im Falle eines starren, geschlossen-zelligen Kernelements aus Polystyrol kann ein Harzsystem auf Epoxydharzbasis benutzt werden, um den Schaumkern nicht zu beschädigen.

■Verstärkungsschichten 16 und 18 sind zur Auflage auf der offenzelligen Schicht aus Schaum vorgesehen, wie in Fig. 1 dargestellt. Eine bevorzugte Terstärkungsschicht besteht aus Glasfasermatten oder gewebtem Tuch. Je nach der endgültigen Außenseitenerscheinung, die man haben will, können zum Teil auch andere Verstärkungsmaterialien in Kombination mit den hochfesten Glasfasern oder stattdessen benutzt werden. Beispielsweise ist festgestellt worden, daß eine dünne, z.B. 0,25 mm dicke Blechlage beispMsweise aus Edelstahl über der Glasfaserschicht liegen kann, um dem Verbundmaterial das Aussehen eines Metalls zu verleihen. Es ist ferner festgestellt worden, daß dann, wenn eine dickere, z.B. 0,90 mm dicke Aueßenschicht aus Stahl benutzt wird, die Verstärkungsschicht aus Glasfaser weggelassen werden kann. Zu anderen Zwecken, beispielsweise einer elektrischen Abschirmung, kann eine Aluminiumfolie in einer Dicke von 0,05 nun auf der Verstärkungsschicht aufgelegt und mit ihr während des Kompressionsformvorgangs verbunden werden.

Als eine weitere Variante in der Oberflächenbehandlung können Zierschichten wie Vinylfolien oder Holzfurnier, wie in Fig. 5 bei 20 dargestellt,

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über der Verstärkungsschicht aus Glasfaser gelegt und durch das wärmehärtende Harz damit verbunden werden, das aus den Speicherschichten 12 oder 14 herausgepreßt wird.

Bezugnehmend auf die Verbundkomponenten im Zustand, der in Fig. 1 gezeigt ist, folgt nun eine Beschreibung des Vorgangs, mittels dessen die Komponenten miteinander verbunden werden. Wenn sich die Teile in der in Fig. 1 gezeigten Position befinden, wird das Verbundlaminat in eine geeignete Form oder zwischen zwei Arbeitsplatten gelegt. Das Laminat wird dann unter eine Kompresseionslast von vorzugsweise zwischen 3i5 und f

kp/cm gesetzt, was die Dicke der harzicprägnierten elastischen Schaumschichten 12 und 14 auf zwischen 50$ und 10$ ihrer ursprünglichen Dicke verringert.

Bei der Komprimierung der Schichten 12 und I4 auf diese Weise füllt das in ihnen enthaltene Harz im wesentlichen alle nun flachen offenen Zellen, und das Überschußharz wird nach außen und nach innen aus der komprimierten Schicht herausgedrückt. Beim Drücken nach innen zum Schaumkernelement verhindern die geschlossenen Zellen des letzteren irgendeine nennenswerte Eindringung des Harzes. Andererseits entsteht durch die Komprimierung der Schichten 12 und I4 eine im wesentlichen gleiche hydraulische Treibkraft durch das gesamte flüssige wärmehärtende Harz hindurch, was bewirkt, daß eingeschlossene Luft herausgetrieben wird und dadurch die Oberflächenzwischenräume der angrenzenden Kernelementfläche gründlich benetzt und durchdrungen werden. Indem auf diese Weise die angren-

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zende Kernelementfläche gründlich und vollständig benetzt wird, ist eine stark verbesserte Bindefestigkeit zwischen dem Kernelement 10 und den Verstärkungsschichten 16 und 18 erreichbar.

Indem das Verbundlaminat unter der Kompressionsbelastung gehalten wird, wird das Harz wärmegehärtet, um eine gehärtete Harzträgermasse zu schaffen, die die Verstärkungsschichten 16 und 18 mit dem Kernelement 10 verbindet. Das Verbundmaterial nach Fig. 2 entsteht und weist die starken, dichten und in Harz eingebetteten Außenschichten 16 und 18 auf, die das offenzellige Kernelement 10 umschließen und schützen.

Wenn eine noch stärke Binde- oder Abstreiffestigkeit zwischen dem Kernelement 10 und den Verstärkungsschichten 16 und 18 erreicht werden soll, können die darunterliegenden Seiten des Kernelements aufgerauht oder genutet werden, wie bei 22 in Fig. 5 gezeigt, um die mechanische Bindung zwischen dem Harn und den Kernelementenflachen zu begünstigen.

Die Verwendung einer zunächst elastischen offen-zelligen Harzspeicherschicht in Kombination mit einem starren, geschlossen-zelligen Kernelement ist essentiell zum Erreichen eines Verbundteils hoher Qualität. Wie bereits festgestellt, wird die Bindefestigkeit zwischen der Verstär- ; kungsschicht und dem Kernelement durch das gründliche Benetzen durch das Harz der angrenzenden Kernoberfläche begünstigt. Ferner nimmt die elastische Schaumschicht unerwünschte Profilunterschiede oder Störungen zwischen dem Kernelement und der Verstärkungsschicht auf, d.h. füllt sie

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aus, was zu einer sehr glatten und genau profilierten Außenseite des Verbundteils führt.

Während zahlreiche verträgliche Kombinationen innerhalb des Rahmens der Erfindung möglich sind, ist das Folgende ein Beispiel für Werkstoffe, die kombiniert werden, um einen hochfesten, leichten Verbundteil zu schaffen, der als Bauelement benutzt werden kann:

(1) Kernelement — -

geschlossen-zelliger Polyurethanschaum in einer Dicke von 25 bis 50 mm mit einer Dicke von 3² kg/mr

(2) Speicherschaumschicht

offenzelliges elastisches Polyurethan (Polyestertype) als Schaumstoff in einer Dicke von 12,5 mm oder in zwei Schichten zu 6,3 mm, mit einer Dichte von 29 kg/m

(3) Verstärkungsschicht

Faserglasmatte mit gehackten oder durchgehenden Fasern mit einem Gewicht von einer Unze pro Quadratfuß

(4) Wärmehärtendes Harz

E»poxydharzsystem, basierend auf Harz 828 (Shell) mit einem zusammengezogenen Diäthylenetriamin plus Füllstoffen und Streckmitteln nach Bedarf.

Während es normalerweise wünschenswert ist, ein Verbundgefügte vorzusehen, bei dem in Harz eingebettete Verstärkungsschichten auf beiden Seiten des Kernelements vorhanden sind, liegt es im Rahmen der Erfindung,

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auch ein solches Gefüge vorzusehen, bei dem sich eine Yerstärkungsschicht nur auf einer Seite des Kernelements befindet.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

(1.)Verbundmaterial, gekennzeichnet durch ein starres, geschlossen-zelliges Schaumelernent, ein zunächst elastisches offenzelliges Schaummaterial, das auf mindestens eine Seite des Kernelements gelegt ist, eine Schicht aus hochfestem Verstärkungsmaterial, das auf das offenzellige Schaummaterial gelegt ist, ein pofymerisierbares Harzmaterial, das das offenzellige Material imprägniert und das unter Halten des Verbundmaterials unter ausreichender Kompression zum wesentlichen Verringern der Dicke des zunächst elastischen Schaummaterials gehärtet ist, derart, daß im wesentlichen die offenen Zellen gefüllt sind und überschüssiges Harzmaterial aus der komprimierten Schicht zum Binden des hochfesten Verstärkungsmaterials mit dem starren, geschlossenzelligen Schaumelement herausgepreßt wird.

2. Verbundmaterial, gekennzeichnet durch ein starres, geschlossen-zelliges Kernelement, ein zunächst elastisches offenzelliges Schaummaterial, das auf mindestens eine Seite des Kernelements gelegt ist, eine durchlässige Schicht aus hochfesten Fäden, die auf das offenzellige Schaummaterial gelegt ist, eine undurchlässige Außenschicht, die auf die hochfesten Fäden gelegt ist, ein polymerisierbares Harzmaterial, das das offenzellige Material imprägniert und bei Halten des Verbundmaterials unter ausreichender Kompression zum wesentlichen Verringerung der Dicke des zunächst elastischen Schaummaterials gehärtet ist, derart, daß im wesentlichen die offenen Zellen gefüllt sind und überschüssiges Harzmaterial nach außen aus der komprimierten Schicht zum

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Eindringen in die hochfeste Fadensehicht und Binden der undurchlässigen Außensicht mit dem geschlossen-zelligen Kernelement herausgepaßt wird.

5· Verbundmaterial, gekennzeichnet durch ein geschlossen-zelliges, einzelnes, stetigphasiges starres Kernelenient, eine Verstärkungsschicht, die mindestens auf eine Seite des Kernelements gelegt ist und eine komprimierte offenzellige elastische Schaumlage an der einen Seite des Kernelements aufweist, eine Lage Verstärkungsmaterial, die auf die komprimierte Schaumlage gelegt ist, und eine gehärtete wärmehärtende Harzphase, die die Zellen der elastischen Schaumlage füllt und eine Trägermasse bildet, die das Verstärkungsmaterial mit dem Kernelement bindet.

4. Leichtes, hochfestes Verbundmaterial, gekennzeichne t durch ein starres, geschlossen-zelliges Schaumkernelement mit einer Mehrzahl von flachen Ausnehmungen, die in mindestens eine Seite desselben eingeformt sind, ein zunächst elastisches, offen-zelliges Schaummaterial, das auf die eine Seite des Kernelements gelegt ist, eine Schicht hochfesten Verstärkungsmaterials, das auf das offenzellige Schaummaterial gelegt ist, ein polymerisiertares Harzmaterial, das das offen-zellige Material imprägniert und unter Halten des Verbundmaterials unter ausreichender Kompression zum wesentlichen Verringern der Dicke des offen-zelliges Materials gehärtet ist, derart, daß im wesentlichen alle offenen Zellen mit dem Harzmaterial gefüllt werden und überschüssiges Harzmaterial nach außen aus der komprimierten Schicht zum Füllen

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der Kemelementenausnehmungen und zum Binden des Verstärkungsmaterials mit dem Kernelement durch eine gehärtete Harzträgermasse herausgepreßt wird.

5· Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials, dadurch gekennzeichnet, daß

(A) ein verfestigtes, geschlossen-zelliges Schaumkernselement mit einer einzigen Harzphase hergestellt wird,

(B) zwei elastische, offen-zellige Schaumlagen mit einem polymerisierbaren Harz imprägniert werden,

(c) das verfestigte Kernelement zwischen die elastischen Schaumlagen gelegt wird,

(d) auf jede der elastischen Schaumlagen eine hochfeste Verstärkungsschicht aufgelegt wird,

(e) eine Kompressionskraft auf die Verstärkungsschichten ausgeübt wird, die so ausreichend gewählt wird, daß

(1) die Dicke der elastischen Schaumlagen wesenitlich verringert wird und deren offene Zellen im wesentlichen gefüllt werden und

(2) überschüssiges wärmehärtendes Harz zum gründlichen Benetzen der angrenzenden Flächen des verfestigten Kernelements und der Verstärkungsschichten herausgepreßt wird,

( und unter Aufrechterhaltung der Kompressionskraft das Harz aushärten kann, derart, daß eine gehärtete Harzträgermasse entsteht, die die Verstärkungsschichten mit dem Kernelement bindet.

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6. Verfahren zur Herstellung eines Terbundmaterials mit einem im Gewicht leichten großvolumigen Kernelement und einer hochfesten, undurchlässigen Außenseite, dadurch gekennzeichnet, daß (A) ein verfestigtes, geschlossen-zelliges Schaumkemelement hergestellt wird,

(b) mindestens auf eine Seite des Kernelements eine elastische», offenzellige Schaumschicht aufgelegt wird, '

(C) die offen-zellige Schaumlage mit einem polymerisierbaren Harz im- [ prägniert wird,

(D) auf die imprägnierte Schaumlage eine Schicht hochfesten faserförmigen Verstärkungsmaterials aufgelegt wird,

(E) das YerStärkungsmaterial einer Kompressionslast ausgesetzt wird, die soausreichend gewählt wird, daß die imprägnierte elastische Schaumschicht auf mindestens die Hälfte ihrer ursprünglichen Dicke korn- , primiert wird, ohne daß eine nennenswerte Komprimierung des Kernelements erfolgt, derart, daß die offenen Zellen der elastischen Schicht im wesentlichen gefüllt werden und überschüssiges polymierisierbares Harz herausgepreßt wird und dadurch das faserförmige Material im Harz eingebettet wird und das Kernelement gründlich benetzt wird

(F) unter Aufrechterhaltung der Kompressionslast das polymer!eierbare Harz aushärten kann, derart, daß das Verstärkungsmaterial mit dem Kernelement durch eine gehärtete Harzträgermasse verbunden wird·

7· Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials mit einem im Gewicht leichten, großvolumigen Kernelement und einer hochfesten, undurch-

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lässigen Außenseite, dadurch gekennzeichnet, daß (A) ein verfestigtes, geschlossen-zelliges Schaumkernelement hergestellt

wird,
(b) eine Mehrzahl von flachen Ausnehmungen in mindestens eine Seite des Kernelements eingeformt werden,

(C) auf die eine Seite des Kernelements eine elastische, offenzellige Schaumschicht aufgelegt wird,

(D) die offen-zellige Schaumschicht mit einem polymerisierbaren Harz imprägniert wird,

(E) auf die imprägnierte Schaumschicht eine Schicht aus einem hochfesten faserförmigen Yerstärkungsmaterial atdgelegt wird,

(P) das Verstärkungsmaterial einer Kompressionslast ausgesetzt wird, die so ausreichend gewählt wird, daß die imprägnierte elastische Schaumschicht auf mindestens die Hälfte ihrer ursprünglichen Dicke ohne nennenswerte Komprimierung des Kernelements zusammengedrückt wird, derart, daß im wesentlichen die offenen Zellen der elastischen Schicht gefüllt werden und überschüssiges Harz herausgepreßt wird, derart, daß das faserförmige Material im Harz eingebettet wird und ; das Kernelement gründlich benetzt wird und

. (G) unter Aufrechterhaltung der Kompressionslast das Harz so gehärtet wird, daß das Verstärkungsmaterial durch eine gehärtete Harzträgermasse : mit dem Kernelement verbunden wird.

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