Verfahren zur HersteHung von Gegenständen aus Schichtstoffen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her stellung von Gegenständen, z.B. von Booten, gross- stückigen Teilen für den Boots- und Flugzeug-, Kühl schrank- und Karosseriebau, in selbsttragender Scha lenbauweise, oder von Formen zum Bau derselben. Diese Erzeugnisse bestehen aus Schichtstoffen, welche aus einem Kein aus Zellkörper aus thennoplastischen Stoffen und aus gegebenenfalls verstärkten Deck schichten aus selbsthärtendem Kunstharz zusammen gesetzt sind.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, grossstückige Artikel in Verbundbauweise, bei denen ein Kern aus schubfestem, leichtem Material mit verstärkenden Aussenschichten fest verbunden ist, herzustellen. Sol che Verbundkonstruktionen sind in ebener Ausfüh- runa aus zahlreichen Materialien bekannt, dagegen r nacht die Herstellung grossstückiger, gebogener Teile, wie sie z. B.<B>f</B> är den Bootsbau notwendig sind, gewisse Schwierigkeiten.
Man hat vorgeschlagen, als Kern material Schaumstoffe zu verwenden, die zwischen vorfabrizierten Deckschichten z. B. aus Metall, Holz oder Kunststoffe durch Aufschäumen eines Kunst stoffes z. B. auf Polyurethanbasis gebildet werden, wobei eine feste Verbindung zwischen Kern und Deckschicht entsteht. Derartige Schaumstoffe, nach dem sogenannten Niederdruckschaumverfahren her gestellt, besitzen vorwiegend offene Zellen. Boote z. B., welche nach diesem Verfahren hergestellt wurden, sind im Falle einer Verletzung der Haut nicht schwimmfähig, da das Kernmaterial wie ein Schwamm Wasser aufsaugt.
Man hat auch Verbundkonstruktionen aus Poly- styrol-Zellmaterial, das an sich etwas besser wasser dicht ist, hergestellt. Diese wurden durch Auftreiben körniger lösungsmittelhaltiger Styrolmassen in For men hergestellt. Hierbei werden teure Formen ver wendet, was das Verfahren kompliziert und kost spielig gestaltet. Es wurde auch schon vorgeschlagen, Karosserie teile in Verbundbauweise aus Aluminiumblech und Hartzellkautschuk nach der sogenannten Montage methode,<B>d.</B> h. durch Aufkleben des Zellkautschuks auf die Bleche herzustellen.
Auch dieses Verfahren beschränkt sich bis heute auf die Herstellung gerader 'oder nur sehr leicht gebogener Platten, da man bisher eine nachträgliche Verformung von Hartzellkau- tschuk für ausserordentlich schwierig oder sogar un möglich hielt. Darüber hinaus ist der Erzeugung von Grossbauteilen aus Zellmaterial mit geschlossenen Zellen, das nach der bekannten Hochdrucktechnik hergestellt wird, eine Grenze bezüglich der Pressen- und Formengrösse gesetzt.
Wir haben nun ein Verfahren gefunden, welches die vorangehend geschilderten Schwierigkeiten, ins besondere z. B. die Verwendung von kostspieligen Formen, komplizierte Herstellung grosser stark ver- wölbter Teile usw., zu über-winden gestattet.
Das erfinduno"s,-emässe Verfahren ist dadurch g#- kennzeichnet, dass der Zellkörperkern, der aus min destens einer Polyvinylchlorid enthaltenden Zellkör- perplatte mit geschlossenen gasgefüllten Zellen be steht, für sich zu einem Formkörper verformt wird, indem man ihn in erweichtem Zustand unter einem Druck von höchstens 200 a CM2 unter Erhaltung der <B>g/</B> Zellstruktur der Gestalt des herzustellenden Gegen standes anpasst, darauf härtet,
und dass man dann den so hergestellten Formkörper mit den Deckschichten zu einem einzigen, fest zusammengefÜgten Stück ver arbeitet.
Ausführunggsbeispiele des Verfahrens werden im folgenden eingehend dargelegt.
Vor allem ist die Wahl des Zellmaterials wichtig, welches aus geschlossenen gasgefüllten Zellen be stehen muss und z. B. entweder hart oder vorzugs weise weder weich noch spröde, sondern festelastisch sein soll. Das Zellmaterial besteht z.
B. mindestens teil weise aus Polyvinylchlorid, aus Mischpolymerisaten des Vinylchlorids, aus isocyanathaltigem Poly- vinylchlorid. Besonders geeignet ist technisch reines Polyvinylchlorid. Es hat den Vorzug, auch ohne be sondere Massnahmen, wie Weichmacherztigabe und dergleichen, den erwünschten festelastischen Zu stand aufzuweisen. Ein derartiger harter Zellkörper ist nicht spröde, sondern besitzt die für die Bauteile erwünschte Elastizität bei Umgebungstemperatur.
Für die Verformung der expandierten harten Platten hat es sich als vorteilhaft erwiesen, diese von ihren durch die Herstellung bedingten Aussenhäuten mindestens teilweise zu befreien. Diese Häute setzen der Verformung bzw. Verwölbung der Platten einen Widerstand entgegen, der auf der Aussenwölbung des Formkörpers zu Rissbildungen führen kann, während auf der konkaven Fläche<B>je</B> nach Ausgangsmaterial Falten oder tiefe Einbuchtungen und Knicke ent stehen.
Diese Falten und Knicke bedingen vor allem eine Herabsetzung der Biegesteifigkeit der Kern schicht, da die angeknickten und evtl. gebrochenen Zellwände einer Belastung keinen wesentlichen Wider- g gensetzen können und das Zellmaterial stand entgeg an diesen Stellen nahezu weich -eworden ist.
Werden dagegen die Platten von ihren Häuten mindestens teilweise befreit, erhält man eine Ober fläche, die vorwiegend aus angeschnittenen Zellen, <B>d.</B> h. kleinen, durch senkrechte Zellwände begrenzte Vertiefungen besteht. Man erhält also eine gegenüber der Plattendimension vergrösserte Oberfläche, die be liebige Verformunggen und Verwölbungen ohne Riss- und Faltenbildung ermöglicht.
Man kann aber auch<B>-</B> will man die Zellkörper- platten nicht oder nur teilweise von ihren Häuten befreien<B>-</B> diese mit einer entsprechenden Profilie- rang versehen, so dass keine kompakte Haut mehr vorhanden ist, und die Seitenwände sich bei einer Ver- wölbung des Materials z. B. harmonikaartig flach- oder aneinanderlegen. Diese Oberflächenprofilierung kann z.
B. während der Herstellun,- des Zellmaterials vorgesehen werden oder nachträglich z. B. durch Prägen oder Schneiden erfolgen.
Bevorzugt wird aber die Entfernung der Häute, da einesteils die so geschaffene Oberfläche auf Grund ,e Verformungen nach allen ihrer Struktur beliebig Richtungen hin gestattet und andernteils die Ober fläche eines so hergestellten Zellkörperkerns das Aufbringen der verstärkenden Deckschichten er leichtert.
Um die Zellkörperplatten der gewünschten Form gebung- zu unterziehen, ist es notwendig, diese vor- überg,ehend in den erweichten Zustand überzuführen, wobei es unbedingt erforderlich ist, dass die Zell- struktur erhalten bleibt. Zu diesem Zweck darf man die erweichten Zellkörperplatten nur unter einem Druck von höchstens 200 g/cm2 verformen. Die Er weichung der Platten kann auf verschiedene Art er folgen.
Man kann z. B. das Zellmaterial einer Warmver- formung unterziehen, indem man das Material er wärmt, um eine Eiweichungg und damit Verform- barkeit des Materials herbeizuführen und dann warm verformt. Die Härtung, des so gebildeten Formkörpers erfolgt bei Abkühlung und bedarf keiner besonderen Massnahmen. Bei dieser Warmverformung mit einem Druck von höchstens 200 g/CM2 ist es vorteilhaft, bei solchen Temperaturen zu arbeiten, bei denen das Material zwar elastisch biegsam, aber noch nicht weich und lappig, ist.
Wie gefunden wurde, liegen diese Temperaturen unter den für Massivmaterial gleichen Ursprungs anzuwendenden Warmverfor- mungstemperaturen.
Die günstigste Verformungstemperatur für Poly- vinylchlorid-Zellmaterial beträgt etwa<B>50-700 C.</B> Doch richtet sich die Höhe der anzuwendenden Tem peratur weitgehend nach den zur Herstellung des Zellmaterials verwendeten Rohstoffen, und die hier angegebenen Ziffern sind lediglich als Beispiel aufzu fassen.
Eine weitere Ausführungsform, hartes Zellmate- rial in einen für die Verformuno, aeeigneten erweich ten Zustand zu bringen, besteht darin, das Material durch chemische Stoffe zu erweichen. Dies kann z. B. mittels leichtflüchtigen Lösungsmitteln, die den Zell- körper, ohne ihn zu lösen, schnell durchdringen und ihn durch geringfügiges Anquellen vorübergehend erweichen. Nach Verformung und Verdunsten der Lösungsmittel weist der verformte Zellkörperkern seine vorherigen festen Eigenschaften wieder voll ständig auf. Man kann z.
B. die Lösungsmittel nach träglich in die harten Zellmaterialplatten eindringen lassen oder, sofern durch die Herstellungsmethode bedingt (z. B. nach dem Verfahren des Schweizer Pa tentes Nr. <B>277 087),</B> bereits ein weichmachendes, leicht flüchtiges Lösungsmittel in den Platten enthal ten ist, diese ohne vorherige Verdunstung des weich machenden Mittels verformen. Solche Platten sind nach der Expansion zunächst weich und härten erst durch Verdunsten des Lösungsmittels aus.
Weichmachende, leichtflüchtige Lösungsmittel sind für Polyvinylehlorid z. B. Aceton, Methyläthylketon oder dergleichen.
Man kann aber auch ein weiches und nachgie biges, nachträglich zu härtendes Zellmaterial auf an dere Weise herstellen, indem man z. B. ein iso- cyanathaltiges Polyvinylchlorid, welches weich ist, verformt und dann unter Zutritt von Feuchtigkeit erhärtet. Zum Beispiel kann Zellmaterial aus<B>60</B> Teilen Polyvinylchlorid und 40 Teilen Diisocyanat sowie<B>15</B> Teilen Azoisobuttersäuredinitril auf an sich bekannte Art hergestellt werden. Hierbei wirkt das Phenyldilsocyanat auf das Polyvinylchlorid wie ein Weichmacher.
Nach diesem Verfahren hergestellte Zellmaterialplatten sind zunächst weich und lassen sich daher bequem und ohne Schwierigkeiten ver formen.
Durch den Zutritt der Feuchtigkeit der Luft er härten solche Platten im Zeitraum von wenigen Tagen. Man kann nun derartige Platten beschleunigt zur Aushärtung bringen, indem die Feuchtigkeits zufuhr bei Normaltemperatur erhöht wird. Hierzu genügt z. B. das Anfeuchten einer oder beider Seiten einer solchen Zellmaterialplatte mit Wasser. Man kann aber auch eine feuchte Gewebeschicht nach der Ver formung aufbringen oder als Zwischenlage zwischen Zellmaterialschicht und Form verwenden. Die Här tung solcher Polyvinylchlorid-Phenyldiisocyanat- Zell- materialplatten erfolgt dann bereits in etwa 12 Stun den.
Jeder chemische Stoff, der geeignet ist, eine vor übergehende Erweichung des Zellmaterials herbei zuführen, oder ein Härtung eines weich hergestellten Zellmaterials zu bewirken, kann für die Herbei- führung seiner Verformbarkeit verwendet werden.
Da die zur Verformung der Zellkörperplatten auf zuwendenden Drucke sehr gering sind und höchstens 200, vorzugsweise<B>10</B> bis 100 g/CM2 betragen, kann die zur Formgebung anzuwendende Form im Ver hältnis zu ihrer Grösse sehr leicht gehalten sein und z. B. aus Gips, Holz, Blech, verstärkten Kunstharzen und dergleichen bestehen. Bevorzugt wird eine Form, die gleich dem herzustellenden Bauteil mit einem Zell- g materialkern ausgebildet ist. Als Formteil kann sowohl eine Patrize als auch eine Matrize Verwendung finden.
Die eigentliche Verformung der Zellmaterialplatte kann nach vorangegangener thermischer oder che- misc er Erweichung des Materials durch einfaches Auflegen auf die gewünschte Form erfolgen. Es ist nur notwendig, dass das der Form angepasste Zell- material <B>-</B> en diese gehalten wird, bis seine Erhär- tun(T oder Wiedererhärtung stattgefunden hat.
Sollte bei Herstellung grosser Bauteile und Ver wendung von Platten grösseren Ausmasses eine Auf wärmung des Materials z. B. im Wärmeschrank oder mit Infrarotlampen Schwierigkeiten bereiten, können die harten Platten z. B. mit Hilfe warmer Sandsäcke in die Form eingelegt und angedrückt werden. Vor zugsweise werden die so verwendeten Sandsäcke nach erfolgter Durchwärmung des Zellmaterials, z. B. nach <B>10</B> bis<B>15</B> Minuten, durch kalte Säcke ersetzt, um eine schnellere Erhärtung herbeizuführen. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt nicht nur in der Einfachheit und Billigkeit der dazu notwendigen Ausrüstung' son dern es gestattet innerhalb eines Bauteiles unter schiedliche Belastungen auszuüben.
Je stärker die Platten verwölbt werden, desto grösser ist auch ihr Rückstellbestreben und, damit die Spannung, mit der die Zellmaterialplatten gegen die Form gehalten werden müssen.
Bei der Verwendung von Zellmaterial, welches mit Hilfe von Lösungsmitteln weich und nachgiebig gestaltet wird, ist darauf zu achten, dass nach seiner Verformung das Verdunsten des leichtflüchtigen Stoffes an allen Stellen gewährleistet ist, z. B. durch Einlegen poröser Schichten, wie Filz u. a., zwischen Form und Zellmaterialkern. Die Verdunstungszeit richtet sich nach Raumtemperatur und Luftbewegung sowie nach Stärke der Platten und lässt sich z. B. in <B>6</B> bis<B>36</B> Stunden erreichen.
Der gemäss den obigen Angaben vorgefertigte Zellkörperkern wird dann mit den Deckschichten z. B. aus selbsthärtendem Kunstharz, das vorteilhafter- weise zur Erhöhung der Festigkeit mit Glasfaser- material oder einem anderen geeigneten Material ver stärkt ist, versehen"wobei darauf zu achten ist, dasseine festhaftende Verbindung zwischen Zellmaterialkern und Deckschichten erfolg gt.
Man kann eine einzige oder gegebenenfalls mehrere Zellkörperplatten in der genannten Weise verarbei ten. Zur Herstellung grosser Bauteile wird man zweck mässig mehrere Platten verformen, die z. B. vor oder während dem Auftragen der Deckschichten miteinan der zu einem einzigen Stück verklebt werden.
Die zur Herstellung der äusseren Deckschichten verwendeten selbsthärtenden Kunstharze bestehen vorzugsweise aus Lösungen von ungesättigten Poly estern mit einer Vernetzungskomponente. Die ver schiedensten Polyester können verwendet werden. Der Polyester kann z. B. auf der Basis von Maleinsäure und Glykolen aufgebaut sein, wobei als Vernetzungs komponente Styrol hinzugegeben wird, das zugleich das Lösungsmittel ist. Es können aber auch selbst härtende Harze auf der Grundlage von Isocyanaten, Harnstoff oder Melamin in Betracht kommen.
Die Einlagen zur Erhöhung der Festigkeit in den Deckschichten können aus allen an sich bekannten Zwischenschichten bestehen, wie z. B. Glasfasern, Textilgewebe, Kunststoffolien, Metallgeflecht u. a. m.
Zur Herstellung eines Bootskörpers wird von einer konkaven Negativfonn <B>1</B> ausgegangen, wie sie in Fig. <B>1</B> dargestellt ist. Diese Form kann aus jedem geeigneten Material sein, z. B. Holz, Kunststoff, Zell- material, und auf jede geeignete Art hergestellt wer den. Zweckmässig kann sie aus Verbundmaterial nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt sein, ähnlich wie der vorliegende Bootskörper. Die Innen fläche muss glatt sein.
Auf der Innenseite der Negativform wird ein Trennmittel, z. B. eine Polyvinylalkohollösung, auf getragen und dann getrocknet. Es folgt ein Polyester anstrich und auf diesen eine Glasfaserschicht, die mit Polyesterlösung getränkt und dann getrocknet wird. Man kann diese Prozedur mehrmals wiederholen und auf diese Art ein Schichtengebilde herstellen, das aus mehreren Schichten von Polyester und Glasfasern besteht.
Auf das so hergestellte, sich in der Negativforin befindende Schichtengebilde wird eine dünne Lage Filz oder ein anderes poröses geeignetes Material aufgelegt.
Nun werden möglichst grosse Zellkörperplatten <B>3</B> aus Polyvinylchlorid mit einem spez. Gewicht von etwa<B>0,1</B> in einem geschlossenen Raum einer Atmo sphäre von<B>15</B> 1/o Acetondämpfen ausgesetzt, bis sie genügend erweicht sind. Die so erweichten Platten werden in die Negativforin auf die Filzschicht gelegt, der Form gut angepasst, und um die Platten genau den Konturen der Form entspre- chend festzuhalten, durch Sandsäcke beschwert.
Durch Verdampfen des Lösungsmittels, sei es nach der inne ren Seite gegen die Sandsäcke, sei es durch die Filz schicht, wird nach etwa 24 Stunden bei einer Aussen temperatur von 20 bis 2511 die verformte Zellkörper- platte wieder hart. Sie hat die gewünschte Form.
Die Sandsäcke werden entfernt und die einzelnen geformten Platten, die den Zellkörperkern bilden, von der Form abgehoben. Nun wird auch der Filz aus der Form entfernt und das Polyestergebilde in der Form und die Kernstücke mit Polyester bestrichen. Die Platten werden dann wieder auf das Polyestergebilde in der Form g .>elegt und durch Klebung mit der Un- terschicht und miteinander zu einem einheitlichen Ganzen verbunden.
Die Klebung kann beispielsweise <B>g</B> mit Polyesterharz erfolgen, das in etwa pastenförmiger Konsistenz geeignet ist, eventuell noch vorhandene Zwischenräume zwischen den Platten auszufüllen.
Nun wird auf die geformten Platten<B>3</B> inwendig wieder eine Polyesterschicht und dann eine Glasfaser- schicht angebracht und diese wieder mit einer Poly esterschicht getränkt und dann getrocknet. Auf die ge bildete Polyesterglasfaserschicht 4 können eventuell mehrere solche Schichten aufgetragen werden.
Nach dem vollständigen Trocknen ist nun der Boots körper fertig und wird aus der Negativform herausge nommen. Fig, <B>3</B> zeigt den hergestellten Bootskörper<B>im</B> Schnitt, wie er z. B. für ein Segelboot geeignet ist.<B>1</B> ist der Bootskörper, 2 eine darauf angebrachte Deckschale aus dem gleichen Material wie der Bootsrumpf. Die ausgehärtete Deckschale wird mit dem Bootsrumpf zusammengebracht und beide Teile durch Klebung und evtl. mit Glasfaserverstärkung, der Zusammen- setzstellen zum fertigen Boot verbunden. An diesem Bootskörper kann man auf bekannte Art Teile aus anderen Werkstoffen, wie Holz oder Metall, anbrin gen, z.
B. durch Montieren von Armaturen, Schwert kasten, Masten, Bänke usw.
Zur Herstellung der Negativform<B>1</B> in gleicher Weise wie den oben geschilderten Bootskörper kann man eine Lehre<B>1</B> (Fig. 4), z. B. ein Holzbootmodell verwenden, welches in der Form und Grösse genau dem herzustellenden Bootskörper entspricht. Das po lierte Modell wird mit einer Polyvinylalkoholschicht bestrichen und getrocknet. Hernach wird eine ein fache Glasfaserpolyesterschicht gebildet, welche im steifen, angetrockneten, aber noch nicht gehärteten Zustand vom Modell abgehoben wird. Das Modell wird nun mit Talkum bestrichen und die gebildete Glasfaserpolyesterschicht wieder aufgelegt. Das wei tere Verfahren entspricht dem bereits angeführten.
Die so erhaltene Negativform kann für den Bau einer ganzen Serie von Bootskörpern verwendet werden.
Man kann die Negativform gegebenenfalls mehr teilig zusammensetzbar und auseinandernehmbar ge- ,stalten. Es ist durchaus möglich, dass auf diese ein fache Weise auch sehr kompliziert geformte Teile oder andere Gegenstände hergestellt werden können.
Sofern grosse Serien eines und desselben Gegen standes aus einer solchen Form hergestellt werden sollen, können diese auch durch Spritzverfahren auf zubringende Metallschichten oberflächlich vergütet werden.
Es können auch, wenn dies z. B. durch<B>Ab-</B> messungen oder die Formgestaltung erwünscht wäre, einzelne Teile eines vollständigen Bootes in der glei chen Weise wie beschrieben hergestellt und nach träglich durch Verklebung mit anderen Teilen oder dem Rumpf verbunden werden.
Dazu werden in die konkave Negativform mög lichst grosse Zellkörperplatten aus Polyvinylchlorid mit einem spez. Gewicht von etwa<B>0,08</B> g/cm-' in einer Stärke von 20 mm eingepasst und mit auf etwa <B>50</B> bis 6011 <B>C</B> angewärmten Sandsäcken gegen die Form angedrückt. Nach etwa<B>10</B> bis<B>15</B> Minuten wer den die Sandsäcke herausgenommen und durch kalte Säcke ersetzt.
Nach Auskühlen der einzelnen geformten eigen steifen Platten (Formkörper) werden die Sandsäcke entfernt und die Stosskanten der Platten mit einem mit Polyester getränkten Gewebestreifen überdeckt.
Auf diesen eigensteifen Zellkörperplatten wird inwendig eine Polyesterschicht aufgetragen und aus härten gelassen. Nach Abschleifen evtl. Unebenheiten wird eine Glasfaserschicht eingelegt und diese mit Polyesterlösung getränkt. Die auf den Zellkörper- platten aufgebrachte Grundierung mit Polyesterharz gewährleistet eine bessere Verbindung von Zell- material und Deckschicht. Auf die gebildete Polyester- glasfaserschicht können evtl. mehrere solcher Schich ten aufgetragen werden.
Nach dem Trocknen befindet sich in der Negativforin die fertige Schale des Boots körpers.
Soll der Bootskörper einen geraden Spiegel er halten, wird dieser vorgefertigt. Vorteilhaft wird zwi schen zwei Zellkörperplatten ein etwa<B>10</B> cm breites Holzbrett gleicher Dicke angepasst und die drei Teile durch überziehen mit Glasgewebe und Polyester zu einer einstückigen Platte verbunden. In das einge brachte Holz werden später die Ruderträger ver schraubt.
Der Spiegel wird nun in die gebildete Schale ein gesetzt. Die Verklebung von Spiegel und Schale er folgt ebenfalls mit Polyesterlösung, wobei die Stoss kanten evtl. noch mit einem Glasgewebestreifen über deckt werden können und, wie es beim Bootsbau üblich, auch ein sogenanntes Spiegelknie eingesetzt werden kann. Nun wird auf die Schale das auf gleiche Weise vorgefertigte Deck aufgesetzt und mit Polyester fest mit der Schale verklebt.
Nach evtL Anbringen von Schwertkasten und anderen Einbauten ist nun der Bootskörper bis auf die äussere Deckschicht fertig. Er wird aus der Ne gativform herausgenommen und auf der Aussenseite, wie beschrieben, mit der Deckschicht versehen, wo bei die Stosskanten zwischen Schale, Deck und Spiegel überdeckt werden. Nach Abschleifen der Unebenhei ten kann eine letzte, vorzugsweise mit Kaolin ge füllte Polyesterschicht aufgespritzt werden.