DE3625534A1 - Bauplatte - Google Patents

Bauplatte

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DE3625534A1 DE19863625534 DE3625534A DE3625534A1 DE 3625534 A1 DE3625534 A1 DE 3625534A1 DE 19863625534 DE19863625534 DE 19863625534 DE 3625534 A DE3625534 A DE 3625534A DE 3625534 A1 DE3625534 A1 DE 3625534A1
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Description

Die Erfindung betrifft eine Bauplatte nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Bauplatte ist vor allem für Fußböden, insbesondere in Flugzeugen bestimmt.
Sandwichplatten als Fußbodenplatten für Fahrzeuge, insbe­ sondere solche leichter Ausführung für Flugzeuge sind an sich bekannt. Als Kerne dafür werden Balsa- Stirnholz bzw. hexagonale Nomex-Honey-combs verwendet. Als Gurtmaterialen sind sowohl Aluminiumplatten mit einem Flächengewicht von 5 kg/m2, als auch faserverstärkte Kunststoffe auf der Basis von Epoxidharz bzw. neuerdings auch Phenolharz bekannt. Die Fasern, Kohle-, Kevlar- oder Glasfasern, werden als mehrere Lagen unidirektionaler Gewebe oder bidirektionaler Gewebe eingesetzt.
Kohlefaserverstärkte Sandwichplatten nach dem bekannten Stand der Technik wiegen zumindest 2 kg/m2. Die leichten Platten sind hauptsächlich zum Einsatz in Flugzeugen vorgesehen, um das Betriebs-Leergewicht und damit die Treibstoffkosten so niedrig wie möglich zu halten. Im Flugzeugbau bestehen hohe Anforderungen zur Minimierung der Brennbarkeit, der Entwicklung der Dichte der Rauchgase und der Giftigkeit von Materialien. Die Werte werden nach gültigen Normen gemessen und bewertet. Die Epoxidharze erfüllen diese Anforderungen nicht. Durch Modifizieren mit Chemikalien kann die Brennbarkeits­ anforderung erfüllt werden, gleichzeitig nimmt aber die Rauchgasdichte und die Giftigkeit unannehmbar zu. Phenolharze, die in jüngster Vergangenheit eingesetzt wurden, da sie im Bezug auf Brennbarkeit die Forderungen erfüllen und gleichzeitig vergleichbar weniger Rauchgase abgeben, sind von den mechanischen Eigenschaften nicht ausreichend, um die Klebefuge zwischen Begurtung und Kern-Werkstoff zu bilden, so daß in dieser Klebefuge Epoxidharz eingesetzt wird. Diese Platten-Konfiguration bringt bei vergleichbarer Brennbarkeit ca. die Hälfte bis ein Viertel der Rauchgaswerte einer konventionellen leichten Platte.
Durch die US-PS 35 18 156 ist eine feuchthemmende Wand bekanntgeworden, bei welcher eine Außenschicht aus hitzegehärtetem Harz und eine andere Außenschicht aus Metall besteht. Eine faserverstärkte Schicht ist auf beiden Seiten des Kernes in der Wand eingebettet. Die metallische Schicht kann im Brandfall einer Temperatur von 700 bis 800°C nicht standhalten.
Aufgabe der Erfindung ist die zuvor erwähnte Brennbarkeit, Rauchgasdichte und Giftigkeit der Rauchgase einer Verbund- Konstruktion unterschiedlicher Materialien gegenüber den bekannten Konstruktionen herabzusetzen.
Diese Aufgabe wird durch die Maßnahme nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst. Dadurch wird erreicht, daß bei einer Flammenbeanspruchung mit einer Temperatur, die höher ist als der Schmelzpunkt der einen hohen Schmelzpunkt und eine hohe Entflammtemperatur aufweisenden Schicht, diese nicht abschmelzen kann, da sich durch das Abbrennen der Schicht aus Fasern oder faserverstärktem Material eine gasisolierende Schicht bildet, die als Isolierung gegen Wärmeeinfluß der darunter liegenden Schicht dient.
Somit kann die einen hohen Schmelzpunkt und eine hohe Entflammtemperatur aufweisende Schicht im Brandfall auch einer Temperatur von 700 bis 800°C und höher standhalten, selbst wenn der Schmelzpunkt dieser Schicht darunter liegt, da diese Schicht durch die Isolierung einer wesentlich niedrigeren Temperatur­ belastung ausgesetzt wird.
Zweckmäßig wird als Schicht mit hohem Schmelzpunkt und hoher Entflammtemperatur eine Folie aus Aluminium verwendet, deren Dicke vorzugsweise geringer als 0,1 mm, vorzugsweise 0,02-0,05 mm ist. Es kann aber auch jede andere Folie mit einem Schmelzpunkt von über 400°C verwendet werden. So ist es denkbar, Kunststoffolien oder Folien aus beliebigen Metallen, z. B. Kupfer oder Stahl zu verwenden.
Um das Gewicht der Bauplatte sehr gering und die Belastbarkeit derselben hoch zu halten, ist es vorteilhaft, die Struktur des Kernes zellenförmig, vozugsweise wabenförmig auszubilden, wobei die Wände der Hohlräume der Zellen oder Waben senkrecht oder im wesentlichen senkrecht zu der Deckschichte bzw. den Deckschichten steht. Als besonders vorteilhaft erweist sich ein Kern nach der deutschen Patentanmeldung DE-OS 33 38 661 bei welchem gewellte Folien vorzugsweise aus imprägniertem, papierartigen Material, z. B. Aramidfaserpapier geschichtet sind, wobei zwischen je zwei Schichten eine zweckmäßig ebene Unterlage vorzugsweise aus gleichem Material angeordnet ist, mit welcher die Wellenberge bzw. Wellentäler der benachbarten gewellten Folien bzw. Folie verklebt sind.
Die erfindungsgemäße Bauplatte hat vor allem den Vorteil, daß der Passagierraum eine bestimmte Zeit vom Rauchgaseinfluß und Hitzeeinfluß geschützt wird, um die Möglichkeit zu bieten, daß die Passagiere das Flugzeug innerhalb des Gefahrenszeitraumes verlassen können, wobei man durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen diesen Zeitraum gegenüber den bisherigen Werten verlängern kann.
Wenn die Bauplatte als Fußbodenplatte verwendet wird, entstehen im Brandfall weniger Rauchgas, da bei der Fußbodenplatte nur die obere Schicht verbrennt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnung näher erläutert, in welcher ein Ausführungs­ beispiel der erfindungsgemäßen Bauplatte im Querschnitt dargestellt ist, wobei die einzelnen Schichten der Anschaulichkeit wegen in Abständen voneinander gezeichnet sind.
Die als Ausführungsbeispiel gewählte Bauplatte, von welcher lediglich ein Bruchteil dargestellt ist, besteht aus einem Kern 4, welcher wie bereits erwähnt wurde, vorzugsweise Zellenstruktur aufweist und zu beiden Seiten durch eine Schicht 3 aus Fasermaterial abgedeckt ist. Die Schicht kann aus mehreren Lagen, im vorliegenden Falle drei Lagen bestehen, wobei die Fasern der Lagen gleich oder unterschiedlich orientiert sein können. So besteht die Möglichkeit, daß kurze oder lange Fasern verwendet werden, im letzteren Falle können die Fasern in einer oder mehreren Richtungen orientiert sein. Im letzteren Falle können die Fasern z. B. in zwei aufeinander senkrechten Richtungen liegen, sie können als Gewebe formiert sein oder besteht die Möglichkeit, das Rowings verwendet werden.
Außenseitig ist die Bauplatte ebenfalls mit einer Schicht 1 aus Fasermaterial versehen, welche jedoch vorzugsweise dünner als die Schichte 3 ist und z. B. aus nur einer einzigen Lage, vorzugsweise einem Gewebe, besteht.
Für die Herstellung der Bauplatte sind die Faserschichten 1 und 3 mit Harz getränkt, welches durch Wärmeeinwirkung aushärtet und die Lagen miteinander verbindet.
Zumindest die an der Oberfläche angeordnete Schicht 1 aus Fasermaterial ist mit flammhemmend eingestelltem Harz, z. B. auf Epoxid- oder Phenolharzbasis imprägniert. Vorzugsweise ist die Schicht 1 mit Phenolharz und die Schicht 3 mit Epoxidharz imprägniert. Es kann aber auch jede andere geeignete Art von Imprägnierung verwendet werden.
Vorzugsweise ist die Schicht 1 als Oberflächenlaminat ausgebildet.
Zwischen den Schichten 1 und 3 aus Fasermaterial befindet sich eine Schicht 2 aus einem Material mit hohem Schmelzpunkt und hoher Entflammtemperatur, vorzugsweise aus Metall, z. B. Aluminium, welche vorzugsweise dünner als 0,1 mm ist. Vornehmlich kann eine Aluminium Folie mit 0,02 bis 0,05 Dicke verwendet werden, so daß ihr Gewicht das Gewicht der Fußbodenplatte bzw. des Bauteils nicht beeinträchtigt. Diese Schicht 2 ist vorzugsweise gasdicht, wodurch verhindert wird, daß heiße Gase durch die Schicht durchgehen und dann die darunter befindliche Schicht entflammen. Vorzugsweise hat diese Schicht auch eine gute Wärmeleitfähigkeit wie Aluminium und leitet dadurch die Hitze ab. Eine hohe Entflammtemperatur ist zwischen 700° und 1000°, vorzugsweise 800°C. Die Schmelztemperatur des Materials liegt in der Regel unterhalb der Entflammtemperatur.
Die Aluminium-Folie funktioniert als Isolierschicht zum harzreichen Innenleben der Fußbodenplatte bzw. des Bauteiles. Erfahrungsgemäß treten Flammtemperaturen von ca. 800°C im Zeitraum der Flugzeug-Evakuierung nach Flugzeug-Unfällen und daraus entstehenden Bränden auf, weshalb die Prüfungen nach amerikanischen Luftfahrt-Normen innerhalb von 6 Minuten bei diesen Flammtemperaturen durchgeführt werden. Der Erfindungsgegenstand hält dieser Beanspruchung stand.
Die Aluminium-Folie würde normalerweise als Gasdichtung an der Oberfläche des Verbundes der Temperatur-Eindeckung nicht widerstehen und schmelzen. Beim Erfindungs­ gegenstand wird die Flammtemperatur durch das Schmelzen und Verkoppen des Oberflächen-Faserlaminates so stark reduziert, daß die Aluminium-Folie nicht schmilzt und als echte Rauchgasdichtung funktioniert. Die harzreichen strukturellen Faserschichten stehen nicht unter Flammeinwirkung. Es besteht aber auch die Möglichkeit, ein anderes metallisches oder nicht metallisches Material zu verwenden, welches hitzebeständig und nicht brennbar ist.
Durch die schichtimprägnierenden Werkstoffe wie z. B. Phenolharz, Epoxidharz, könnten auch Kunststoffolien, Keramikfolien, Stahlblechfolien u. a. anstelle von Aluminium-Folien verwendet werden.
Aufgrund der Aluminium-Folie, die auch die beiden unterschiedlich und einander ausschließenden Aushärtungsprozesse der benachbarten Faserschichten trennt, kann die Bauplatte kostengünstig im sogenannten "one shot-bonding" hergestellt werden. Bei der Poly-Kondensation von Phenolharz entsteht Wasser, das während der Härtungs-Reaktion-Poly-Addition das Expoxid-Harz zerstören würde.
Die erfindungsgemäßen Bauplatten haben Rauchgaswerte zwischen 1/4 und 1/20 der Werte von üblichen Platten. Durch die große Verklebungsfläche und die geringe Eigensteifigkeit der Aluminium-Folie sind Verklebungswerte zwischen der Folie und den Faser- Gelegen oder Geweben leicht erreichbar, die den Eigenschaften zwischen den Zellen des Leichtbaukernes und der strukturellen Begurtung entsprechen, so daß die Eigenschaften des Verbundes nicht negativ beeinflußt werden. Vielmehr werden Eigenschaften, wie die schlagartig hohe Energieaufnahmefähigkeit bis zur Zerstörung durch die hohe Verformbarkeit von Aluminium gegenüber Faserstoffen des Verbundes sichtbar verbessert.
Die Platten werden in einem Arbeitsgang hergestellt, wobei die Platten auch seitlich durch eine flamm- und rauchgasdämmende z. B. metallische, vorzugsweise Aluminium-Folie 5, die die beiden Deckschichten über die Kanten verbindet, abgedichtet werden können.
Es besteht auch die Möglichkeit, mehr als zwei Faserschichten mit jeweils dazwischen gelegener Metall- vorzugsweise Aluminiumschicht vorzusehen.
Die Fasern können aus jedem verstärkenden Material, z. B. Glasfasern, imprägnierten Kohlefasern u. dgl. bestehen. Die Bauplatte kann zwischen beliebigen Einspannungen eingebaut werden.

Claims (10)

1. Bauplatte in Sandwichbauweise bestehend aus einem Kern und mindestens einer oberen und bzw. oder unteren Deckschicht mit einer Fasermaterial aufweisenden Schicht und einer hohen Schmelzpunkt und eine hohe Entflammtemperatur aufweisenden Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasermaterial aufweisende Schicht (1) auf der Außenseite der Deckschicht und die einen hohen Schmelzpunkt und hohe Entflammtemperatur aufweisende Schicht (2) an der Innenseite der erstgenannten Schicht angeordnet ist.
2. Bauplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte zweite Schicht (2) aus Metall besteht.
3. Bauplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte zweite Schicht (2) aus Aluminium besteht und dünner als 0,1 mm ist.
4. Bauplatte nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (4) Zellenstruktur aufweist, wobei die Wände der Zellen im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche der Platte stehen.
5. Bauplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte zweite Schicht (2) unmittelbar unter der genannten ersten Schicht (1) angeordnet ist und die genannte erste Schicht (1) als Oberflächenlaminat ausgebildet ist.
6. Bauplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte erste Schicht (1) mit einem flammhemmend eingestelltem Harz imprägniert ist.
7. Bauplatte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Harz auf Epoxid- oder Phenolharzbasis vorgesehen ist.
8. Bauplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der genannten Deckschicht und dem genannten Kern mindestens eine Schicht (3) aus Fasern oder faserverstärktem Material angeordnet ist.
9. Bauplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte zweite Schicht (2) gasundurchlässig ist.
10. Bauplatte nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte erste Schicht (1) mit der genannten zweiten Schicht (2) durch Phenolharz und die genannte zweite Schicht (2) mit der darunter gelegenen Schicht (3) durch Epoxidharz verbunden ist.
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