DK142403B - Sandwichlaminat med en kerne af i blokke opdelt skumplastmateriale. - Google Patents

Description

(11) FREMLÆGGELSESSKRIFT 142403 DANMARK (51> ,nt C|3 B 32 B 3/18 UrtINIVIMnA B 29 D 9/00 §(21) Ansøgning nr. J040/77 (22) Indleveret den 6. jul. 1977 (24) Løbedag 6. Jul. 1977 (44) Ansøgningen fremlagt og fremlæggelsøsskriftet offentliggjort døn 27· Okt. 19^0

DIREKTORATET FOR

PATE N T- 0 G VA R E MÆ R K EVÆ S E N ET <3°) Prion,et be9»ret ,ra den (71) £0PENCRAFT λ/Sj "Christianehus”, Usserød Kongevej 161, 297Ο Hørsholm, DK.

(72) Opfinder: Eric Tornow, Søparken 7» Nødebo, J480 Fredensborg, DK: Per Tornow, Vedbæk Strandvej 499, 2950 Klampenborg, DK.

(74) Fuldmægtig under sagens behandling:

Kontor for Industriel Eneret v. Svend Schønning.

(54) Sandwichlaminat med en kerne af 1 blokke opdelt skumplastmateriale·

Opfindelsen angår et sandwichlaminat med en kerne af i blokke opdelt skumplastmateriale indesluttet mellem overfladelag af hårdt, tryk-, træk- og slidstærkt materiale, idet der mellem overfladelag og skumplastkerne findes beskyttelseslag for skumplasten.

Sandwichkonstruktioner anvendes på en række konstruktionstekniske områder, f.eks. til fremstilling af skrog til mindre og større både, til skotter i sådanne, til fremstilling af beholdere, såvel lukkede som åbne, og i bilindustrien til fremstilling af lad og vognkasser, f.eks. til kølevogne, samt i det hele ta- 2 162403 get til alle sådanne formål, hvor materialets lethed, styrke, især den store bøjningsstyrke, og isolerende egenskaber er fordelagtige.

Der kendes således sandwichkonstruktioner, hvor kernematerialet består af balsaendetræ, dvs., at fiberretningen er i det væsentlige vinkelret på overfladelagene. Træet er udskåret i små flade klodser, der anbringes kant mod kant i konstruktionen, idet de midlertidigt kan være sammenholdt af pålimede tråde eller væv. Sammensætningen af kernen af sådanne små klodser muliggør fremstilling af mere eller mindre buede sandwichkonstruktioner .

Balsatræ er imidlertid forholdsvis kostbart, og tilgangen deraf begrænset, så der er behov for et billigere og mere lettilgængeligt kernemateriale. Som sådant har der været anvendt forskellige typer skumplast, hvor man efter opskumning af plasten i store blokke og efterfølgende hærdning skærer blokkene i skiver og eventuelt yderligere opdeler disse skiver i små klodser.

Dette er imidlertid i flere henseender uhensigtsmæssigt.

Først og fremmest gælder dette trykstyrken, idet denne kan variere op til 50% hen over overfladen af en skive skåret af en større blok. Endvidere vil overfladen have talrige fordybninger fra gennemskårne celler, hvilket dels medfører en reduktion af trykstyrken, dels bevirker ekstra forbrug af bindemiddel ved materialets indbygning i sandwichkonstruktionen, idet alle disse fordybninger må fyldes med bindemiddel for at få en forsvarlig binding til overfladelagene.

Fra svensk patentskrift nr 227.310 kendes anvendelsen af skumplast til flydelegemer til indbygning i både, og det angives, at man uden på celleplasten kan anbringe et lag af mod slag og mekanisk påvirkning modstandsdygtig plast; men at dette i nogle tilfælde kan medføre en kemisk reaktion, der ødelægger skumplasten. Ifølge patentet kan dette undgås ved, at et lag olieret papir anbringes mellem celleplasten og overfladelaget. Patentet giver således ingen anvisning på at anvende skumplast i et sandwichlaminat.

Opfindelsens formål er at afhjælpe ulemperne ved den hidtidige anvendelse af skumplast som kernemateriale i et sandwich-laminat, og dette opnås ved den i krav l's kendetegnende del angivne udformning af kernematerialet.

3 142403

Det er yderst overraskende, at ingen tidligere har foreslået anvendelse af et sådant kernemateriale, i regelen kaldet integralskum, men at man i stedet har anvendt ved opskæring fremstillede klodser, der har de ovenfor omtalte ulemper.

Integralskummet har således et opskummet indre omgivet af et hårdt og tæt overfladelag, og idet de små klodser, der indgår i kernematerialet,støbes og opskummes samtidig i et stort antal, men i hver sin form, kan man få klodser med et tæt og hårdt overfladelag på alle sider, dvs., at klodserne hver for sig udgør en art kassekonstruktion med god hjørne- og sidestivhed. Foruden at bidrage til, at sandwichkonstruktionen som helhed får større styrke, medfører de tætte og hårde overflader, at lokale trykpåvirkninger fordeles bedre over overfladen og ind i klodsen, så at konstruktionen ikke så let beskadiges» Endvidere medfører de tætte overflader et minimalt bindemiddelforbrug ved opbygningen af sandwichkonstruktionen. Endelig modvirker eller forhindrer de tætte overflader fugtansamling i klodserne, og selv om enkelte klodsers overflade skulle blive beskadiget, så fugt kan trænge ind, kan denne ikke brede sig til de ubeskadigede naboklodser.

For at forenkle og lette fremstillingen har kernematerialeenhederne ifølge en hensigtsmæssig udførelsesform for opfindelsens genstand form som sekssidede parallelepipeder. De kan f.eks. have dimensionerne Jo x 3o x lo mm, hvor siderne er vinkelrette på hinanden.

Ifølge en anden udførelsesform kan to modstående sider ifølge opfindelsen have form som parallellogrammer, hvorved det opnås, at den enkelte klods fungerer som en art skråstiver i sandwichkonstruktionen.

Det kan endvidere være hensigtsmæssigt, at kernemateriale-enhederne er armerede. Dette forøger i væsentlig grad styrken og stivheden, hvilket især har betydning ved sandwichkonstruktioner, hvor tykkelsen går op til 3o mm og derover, Sandwichkonstruktionens robusthed og styrke er nemlig ikke blot et spørgsmål om, at den kan modstå påvirkninger vinkelret på overfladen, men også om, at den kan modstå påvirkninger parallelt med overfladen, dvs., at kernematerialet er modstandsdygtigt mod sådanne påvirkninger.

4 142403

Armeringen kan eksempelvis udgøres af fibre, især glasfibre, der inkorporeres i plasten før opskumningen; men også andre former for armering, såsom papir, vævet stof eller plastfolie i ark eller strimmelform, kan indbygges, ved at den anbringes i formene, i hvilke opskumningen af plastmaterialet finder sted. Armeringen kan også fortsætte hen over skillevægge mellem formene og derved tjene til at sammenlåse et antal af enhederne til større flager.

Især med henblik på fremstillingen af større sandwichkonstruktioner vil det ofte være hensigtsmæssigt, at kernematerialeenhederne er således sammenlåst eller samlet til et pladelignende produkt på anden måde, f.eks. ved at være fastgjort til en plastfolie, et bærevæv eller bæretråde. En sådan fastgørelse kan let gennemføres i forbindelse med enhedernes fremstilling, og det vundne produkt er lethåndterligt og kan rulles sammen og transporteres til anvendelsesstedet, hvor man også kan indbygge det i så store plader eller flager, det er praktisk at gøre ad gangen. Sandwichkonstruktionerne opbygges nemlig oftest på stedet, idet man i en form først opbygger det ene overfladelag af plastmateriale forstærket med fibre eller væv, derefter klæber kernematerialelaget fast hertil I passende store stykker ad gangen og til sidst opbygger det andet overfladelag.

Det er af allerstørste betydning for sandwichkonstruktionens styrke, at der ikke ved fastklæbningen af kernematerialeenhederne, hvadenten dette sker ved anvendelse af et separat klæbemiddel eller simpelthen ved nedtrykning af enhederne i et overfladelag, før dette endnu er hærdet eller afbundet, indesluttes luft mellem enheder og overfladelag. Ved anvendelse af balsaklodser som kernemateriale er dette ikke så stort et problem, idet balsatræet i nogen grad er porøst, hvilket sammen med hårrørsvirkning i forhold til klæbemidlet bevirker, at luften forsvinder, og klæbemidlet trænger ind, så sådanne klodser næsten suger sig fast.

Ved kernematerialeenheder som her omhandlet er der ikke de samme muligheder, og når det derfor drejer sig om at opnå størst mulig styrke, må der særlige foranstaltninger til for at undgå den omtalte indeslutning af luft. Ved en udførelsesform for opfindelsens genstand opnås dette ifølge opfindelsen ved, at der er udformet udluftningshuller tværs gennem laget af kernematerialeenheder.

5 142403

Man kan således ifølge opfindelsen udforme enhederne med et centralt gennemgående hul på tværs af enhedernes Største hegrænsningsflader.

Produktionsteknisk kan sådanne huller på kendt måde frembringes ved anvendelse af udtrækkelige kernestifter; men det gør støbeapparaturet temmelig kompliceret. Dette kan undgås, ved at man i stedet udformet hullerne ved kernematerialeenhedernes hjørner, idet enhederne ifølge opfindelsen er udført med af-fasede hjørner. Derved vil der dannes et gennemgående hul, hvor hjørnerne af fire i firkant liggende enheder støder sammen, hvadenten kun ét hjørne eller alle fire hjørner af enhederne er affasede. Om det gennemgående hul har cylindrisk eller kantet overflade, er uden betydning for funktionen som undslipningsvej for bag enhederne indespærret luft.

Udformningen af sådanne gennemgående huller gør det også muligt at fastgøre enhederne ved injektionsstøbning, idet man simpelthen injicerer klæbemiddel under tryk gennem nogle af hul- ' lerne. Det injicerede klæbemiddel jager da eventuelt indesluttet luft foran sig hen til andre huller eller spalter mellem enhederne, ud gennem hvilke luften kan undslippe. Også klæbemidlet vil kunne trænge ud de samme steder, så man får en kontrol på klæbningens udbredelse og kan afpasse injektionsstedernes antal og fordeling herefter.

For at lette klæbemidlets udbredelse på tværs kan enhederne yderligere ifølge opfindelsen have rendeformede fordybninger enten i den ene eller i begge overflader med den største udstrækning. Man kan også ved at lægge to sådanne enheder sammen opnå en tykkere kerne med huller på langs og tværs gennem kernedelen, således at alle hulrum lettere udfyldes til opnåelse af stor styrke i konstruktionen. Eventuelt kan udfyldningen understøttes ved etablering af et vakuum.

Hvis sandwichkonstruktionen skal være buet, som f.eks. i dele af et bådskrog, kan de enkelte kernematerialeenheders smalle sideflader ifølge opfindelsen være udformet som henholdsvis konvekse og konkave cylinderflader med samme krumningsradius. Derved opnås, at enhederne kan udlægges langs en buet flade, uden at der opstår kileformede spalter mellem naboenheder, idet en konveks sideflade passer ind og drejer i en konkav sideflade. Kernekonstruktionen kan således blive mere kompakt, og klæbemid-delforbruget mindre, fordi spalterne ikke udvides ved krumningen.

6 142403

Hver enhed kan være udformet med to konvekse og to konkave sideflader, eller hveranden enhed kan have udelukkende konvekse sideflader og hveranden udelukkende konkave.

En udførelsesform for en sandwichkonstruktion ifølge opfindelsen illustreres af medfølgende tegning, hvor fig. 1 viser konstruktionen i tværsnit, fig. 2 nogle i konstruktionen indgående kernematerialeenheder fastgjort til et grovmasket væv, fig. 3 en kernematerialeenhed med to skrå sideflader, fig. 4 en kernematerialeenhed med to konvekse og to konkave sideflader, fig. 5 en speciel udformning af en kernematerialeenhed, og fig. 6 en buet sandwichkonstruktion.

Som det fremgår af tegningen, består sandwichkonstruktionen af et kernemateriale sammensat af små, parallellepipediske enheder 5 og 6 af et opskummet plastmateriale, f.eks. polyurethan af den såkaldte integral-skin type, hvor den opskummede plast har en fasthæftende, hård og tæt overflade på alle sider. Fremstillingen af et plastskum af denne art hører til kendt teknik og skal derfor ikke beskrives her.

Kernematerialeenhederne støder sammen kant mod kant i en pladelignende struktur og har på begge sider et overfladelag 7 og 8, der kan være ens eller forskelligt på de to sider.

Overfladelagene kan være prefabrikerede plader af et hvilket snm helst egnet materiale, f.eks. metal, plast eller krydsfiner, der ved hjælp af et egnet bindemiddellag 9 er klæbet til kernematerialeenhederne.

Overfladelagene kan også være frembragt ved direkte sprøjtning af selvhærdende plastmateriale, der om ønsket kan være armeret med fibre lo, f.eks. glasuldsfibre, mod en formflade, og kernematerialeenhederne kan nedlægges i materialet, inden dette er afhærdet. Kernematerialeenhederne kan også være armerede, f.eks. fiberarmerede, som antydet i enheden 6.

Sandwichkonstruktionens opbygning lettes i høj grad ved, at de små kernematerialeenheder 5 (eller 6) er fastgjort til et bæremateriale, f.eks. som vist i fig. 2 et grovmasket, vævet materiale 11. Derved kan et stort antal kernematerialeenheder bringes på plads på én gang, ligesom transport og opbevaring af enhederne lettes, idet vævet med de dertil fastgjorte enheder let kan rulles eller foldes sammen.

7 142403

Fastgørelsen kan f.eks. ske ved klæbning af enhederne til vævet, og ved passende valg af klæbemidlet kan forbindelsen til vævet gøres midlertidig, dvs., at vævet er bestemt til afrivning, efter at kernematerialeenhedeme er permanent fastgjort til det ene af overfladelagene 7 og 8 i sandwichkonstruktionen, eller vævet kan indgå som et armeringselement i denne.

Som vist i fig. 3 kan enhederne også udformes som parallel-lepipeder, der på den ene led ikke er retvinklede. Derved kan opnås en art skråstivereffekt i sandwichkonstruktionen, og at fugerne mellem de enkelte enheder ikke åbner sig så meget i krumme sandwichkonstruktioner, idet der i stedet sker en forskydning mellem naboenheder.

Som vist i fig. 4 kan en enhed også være udformet, så den ene af to modstående sideflader danner en konkav cylinderflade 12 og den anden en tilsvarende konveks cylinderflade 13, hvorved enhederne kan ligge tæt an mod hinanden også i buede konstruktioner. Det er styrkemæssigt fordelagtigt, idet sandwichkonstruktionen derved bliver mere kompakt, og samtidig spares der klæbemiddel, da spalterne mellem enhederne ikke åbner sig ved oplægning efter en buet flade.

En anden udformning af en enhed er vist i fig. 5. Her er hjørnerne 14 på enheden 5 affaset cylindrisk, således at, når fire enheder lægges sammen i firkant, dannes der et gennemgående hul.

Fig. 5 illustrerer ligeledes, at der også kan være et centralt hul 15 tværs gennem enheden 5, og rendeformede fordybninger 16 fra hullet 15 ud til kanterne.

Sådanne enheder muliggør, at fastklæbning af enhederne kan ske ved injektion af klæbemidlet, f.eks. et klæbemiddel i form af eller baseret på en polyester eller en epoxyforbindelse. Klæbemidlet injiceres da gennem nogle af de tværsgående huller og driver luften på klæbestederne foran sig frem til og ud gennem andre huller, så der sikres intim forbindelse mellem kernematerialeenheder og overfladelag i sandwichkonstruktionen, hvorved der opnås optimal styrke af denne. Der kan også etableres et vakuum, der fremmer fjernelse af luftlommer bag kernematerialeenhederne under klæbemiddelinjiceringen.

8 142403

De tværgående rendeformede fordybninger 16 kan tjene til at lette klæbemiddelfordelingen, og til at understøtte sammenklæbningen, hvis der ønskes en tykkere kerne i sandwichkonstruktionen, ved at flere kernematerialeenheder placeres oven på hinanden.

Når således to enheder lægges med fladerne med de rendeformede fordybninger 16 mod hinanden, fås en tykkere enhed med fordelingskanaler, der er parallelle med sandwichkonstruktionens længdeudstrækning og kan tjene til injicering af klæbemiddel.

Fig. 6 illustrerer opbygningen af en buet sandwichkonstruktion ved hjælp af kernematerialeenheder 5 (eller 6). Der er her anvendt enheder i form af rektangulære parallellepipeder med centralt udluftnings- eller injiceringshul 15, idet den buede udlægning skaber større luftmellemrum tinder og mellem enhederne, således at det er betydningsfuldt, at der er mulighed for udluftning, eventuelt understøttet med sugning (evakuering).