DE3203004A1

DE3203004A1 - Waermeisolierender verbundbaukoerper und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3203004A1
Application number: DE19823203004
Authority: DE
Inventors: Dennis Ossett West Yorkshire Hitchcock
Original assignee: BBA Group Ltd
Current assignee: BBA Group Ltd
Priority date: 1981-02-03
Filing date: 1982-01-29
Publication date: 1982-09-09
Also published as: FR2499086A1; GB2092053A

Description

PFENNING · MAAS · MEINIG ^" ^:-PATENTANWÄLTE SPOTT PUSCHMANN Berlin München

BBA GROUP LIMITED München, 28.01.1982

Whitechapel Road P 901/82

Cleckheaton, Yorkshire, Pu/rei BD19 6HP, England

Wärmeisolierender Verbundbaukörper und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbundbaukörper zur thermischen Isolation.

Im wesentlichen starre oder steife Verbundbaukörper zur Wärmeisolation werden in unterschiedlichen Konfigurationen und unterschiedlichen Abmessungen in großem Umfange in der Industrie als temperaturfeste Schilder zwischen zwei benachbarten Zonen benötigt. Beispielsweise werden in der Kraftfahrzeug-Industrie solche temperaturfeste Schilder sehr oft zwischen dem Motor- und Passagierraum sowie zwischen den Leitungen für die Auspuffgase, dem Benzintank und ähnlichem und dem Passagierraum benötigt. Um eine bessere Kraftstoffverbrennung und eine Verringerung schädlicher Emissionen im Auspuffgas - die aus Gründen des Umweltschutzes unerwünscht sind - zu erreichen, ist in letzter Zeit die Arbeitstemperatur der Antriebsmotoren beträchtlich erhöht worden, so daß ein Bedarf an einer wirksamen Wärmeisolierung zwischen den aufgeheizten Motor-

bauteilen und seiner Auspuffleitungen und dem Passagierraum sowie dem Benzintank entstanden ist. Darüber hinaus erfordert die Sicherheit und der Komfort der Passagiere eine solche Wärmeisolierung. Selbst in Fahrzeugen, die ohne Abgasüberwachung gebaut sind, kann die im Motorraum entstehende Wärme zu Problemen führen. Dies gilt insbesondere für Fahrzeuge mit Frontantrieb, insbesondere in Verbindung mit der heutigen Tendenz, die Abmessungen der Fahrzeugkarosserien zu verkleinern, was zu Beschränkungen des Luftflusses um den Motor und damit zur Erhöhung der Temperatur im Motorraum führt. Für die Montage von solchen Hitzeschildern in Kraftfahrzeugen ist es üblich, daß der Fahrzeug-Konstrukteur nicht nur die Orte für die Anbringung solcher Hitzeschilder, sondern auch eine bestimmte Form und Abmessung vorschreibt.

Um diesen Forderungen zu genügen, sind solche wärmeisolierenden Verbundbaukörper für Kraftfahrzeuge bisher in einem dreistufigen Arbeitsverfahren hergestellt worden, von denen die Stufe 1 das Imprägnieren eines nicht gewebten Asbestfilzes mit einem Phenolharz mittels eines Handstreichprozesses umfaßt. In Stufe 2 läßt man das mit dem Kunststoff aufgebrachte Lösungsmittel teilweise verdampfen, um dem Asbestfilz eine halbsteife Form zu geben. In der dritten Stufe wird die halbsteife Asbestmatte im Handauflegeverfahren über eine Form gelegt und sowie eine weitere Schicht Kunststoff von Hand aufgebracht. Die aufgebrachte Matte wird dann auf der Form belassen, um auszuhärten.

Ein solches Verfahren zur Herstellung von wärmeisolierenden Verbundbaukörpern ist jedoch in vieler Hinsicht unbefriedigend, da das Handauflegeverfahren und das Handstreichverfahren zu Verbundbaukörpern unterschiedlicher Dicke führt, was Schwierigkeiten in der Reproduktion von genormten Größen und Formen mit sich bringt. Auch ist die mit Hilfe des Handauflegeverfahrens erreichbare Formstabilität mangelhaft, ganz abgesehen davon, daß das Einstreichverfahren von Hand und das Handauflegeverfahren kommerziell uneffektive labormäßige und daher teuere Verfahren sind. Schließlich sind mit dem be-

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schriebenen Verfahren hergestellte wärmeisolierende Verbundbaukörper auch deshalb unbefriedigend, da ihre halbsteife Form sich nicht oder nur sehr schlecht in der Form vorhandenen Ecken anpaßt und der aufgebrachte Kunststoff die Tendenz hat, abzulaufen und sich in Tälern und Tiefpunkten des herzustellenden Verbundbaukörpers zu sammeln. Darüber hinaus bringt die Benutzung offener Formen den Nachteil mit sich, daß die der Form abgewandte Oberfläche des herzustellenden Verbundbaukörpers rauh, uneben und porig wird. Dies ist für wärmeisolierende Verbundbaukörper zur Verwendung in Kraftfahrzeugen besonders unerwünscht, da dort im Betrieb Öl und Benzin an solchen Oberflächen sich ansammeln und Ursache für gefährliche Feuerunfälle sind. Bei der Anwendung solcher wärmeisolierender Verbundbaukörper in der Kraftfahrzeugtechnik ist es auch notwendig, daß diese eine gewisse Flexibilität aufweisen, um sie auf Befestigungsbolzen der Karosserie aufbringen bzw. mit Befestigungslöchern in Übereinstimmung bringen zu können. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß diese Schwierigkeiten nicht zu umgehen sind, da bei der Herstellung der Karosserien diese Befestigungspunkte nicht immer exakt stets am gleichen Ort vorhanden sind. Die Verwendung von in herkömmlicher Weise hergestellten Hitzeschildern ist daher auch aus diesem Grunde unbefriedigend, da Asbestmatten spröde und bröckelig sind und daher bei der Montage an den Befestigungsstellen ausbrechen, so daß eine einwandfreie Befestigung nicht möglich ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen neuen wärmeisolierenden Verbundbaukörper sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung zu schaffen, der ohne die vorstehend beschriebenen Mängel ist.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung gelöst durch einen mit einer hitzebeständigen, gitterähnlichen Struktur verstärkten Spritzgußkörper, der aus einer annähernd ausgehärteten Kunstharzmischung aus Phenolharz in wässriger Lösung und einem katalytischen Härter besteht.

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Ein Verfahren zu seiner Herstellung ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß in eine Spritzgußform eine gitterähnliche Struktur aus hitzebeständigem Material gelegt vrird, daß in die Spritzgußform eine Phenolharzmischung in wässriger Lösung mit einem Katalysator als Härter eingespritzt wird und daß das Harzgemisch ausgehärtet wird, um einen durch die Gitterstruktur verstärkten, im wesentlichen steifen Verbundbaukörper zu erhalten.

Die die Verstärkung des Verbundbaukörpers bildende hitzebeständige

Struktur ist beispielsweise eine gewebte Struktur, eine Fasermatte

oder ein Gewirk aus hitzebeständigem Material, wie beispielsweise Asbest oder vorzugsweise aus Glasfasern.

Als bevorzugtes Material für die hitzebeständige, gitterförmige Struktur wird eine Matte aus handelsüblichen, als Ε-Glasfaser bezeichneten Glasfasern in ununterbrochener Faserform verwendet. Diese Matte kann aber auch aus einer Mischung von solchen ununterbrochenen ⁿE-Glasfasern^M und geschnittenem Fasermaterial bestehen.

Das Verstärkungsmaterial sollte mindestens eine Lage umfassen mit einem Mattengewicht von 600 g/qm oder aber zwei Lagen mit einem Mattengewicht von 450 g/qm. Wird für die Herstellung des Verbundbaukörpers eine geschlossene Form verwendet, so können rechteckige Stücke des Verstärkungsmaterials benutzt werden, die beim Einlegen in die Form zugerichtet werden in der Weise, daß nach dem Schließen der Form die überstehenden Teile der Verstärkungsmatte beispielsweise abgeschnitten werden.

Beim Einspritzen der Kunstharzmischung in die mit der Verstärkung aus hitzebeständigem Material versehene Form durchdringt die Kunstharzmischung die Zwischenräume in der gitterähnlichen Struktur, so daß nach der Aushärtung der Kunstharzmischung die gitterähnliche Struktur ein unablösbarer Bestandteil des Verbundbaukörpers geworden ist.

Um ein Zusammensacken oder eine Disorientierung der gitterähnlichen Verstärkung innerhalb des Spritzgußwerkzeuges zu verhindern, insbesondere während des Einspritzens der mit dem Härter vermischten Kunstharzmischung, kann die Struktur ebenfalls verstärkt sein, beispielsweise durch ein geeignetes Imprägnierungs- oder Bindemittel, das auf die Gewebematte oder auf die Glasfasern aufgebracht ist.

Der Verbundbaukörper erhält seine endgültige Form während des Aushärtens in der Spritzgußform. Eine bekannte, für diesen Zweck geeignete Mischung eines Phenolharzes in wässriger Lösung und einem flüssigen Katalysator als Härter besteht beispielsweise aus 78 % Phenolharz mit 22 % Wasser und der Härter aus 67 % Sulphonsäure mit 33 % Phosphorsäure, alles in Volumen-Prozent. Vorzugsweise werden das Phenolharz in wässriger Lösung und der Katalysator als Härter in flüssiger Form vor dem Einspritzen in die Spritzgußform miteinander gemixt, um eine gleichmäßige Verteilung der Mischung innerhalb der Hohlkörper der Form zu erreichen und sicherzustellen, daß die homogene Mischung die Zwischenräume der gitterähnlichen Verstärkungsstruktur durchdringen kann. Die Kunstharzmischung wird vorzugsweise bei Temperaturen von, +30 C bis +80 C ausgehärtet und die Spritzgußform kann beim Spritzvorgang, falls notwendig, durch V/asser aufgeheizt werden, um die Aushärtung zu beschleunigen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird der wärmeisolierende Verbundbaukörper gemäß der vorliegenden Erfindung in einer zweiteiligen geschlossenen Form durch Spritzgießen hergestellt, indem in die offene Form eine Matte aus endlosen Ε-Glasfasern oder eine Matte aus einer Mischung aus endlosen Ε-Glasfasern und geschnittenen Glasfasern eingelegt wird. Die aus Metall bestehende Spritzgußform ist aus nickelplattiertem Aluminium hergestellt. Der Nickelüberzug auf den Aluminiumteilen verhindert eine Reaktion der in der Kunstharzmischung vorhandenen Säuren mit dem Aluminium und das Freisetzen von Wasserstoff. Vor ihrem Einsetzen in die Form wird die Glasfasermatte auf die gewünschte Größe zugeschnitten und werden die Oberflächen der Spritzgußform mit einem Trennmittel auf Silikon-

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basis besprüht. Die Spritzgußform wird dann geschlossen und der flüssige Kunststoff mit dem Katalysator als Härter in flüssiger Form werden in die Hohlräume der Form unter Druck eingespritzt. Das Phenolharz und der Katalysator als Härter in flüssiger Form werden vor dem Einspritzen in die Spritzgußform in einem benachbarten Mischkopf miteinander gemischt. Nach dem Einspritzen der Kunstharzmischung bleibt die Form für etwa fünf Minuten bei +40 C geschlossen; in dieser Zeit erfolgt die Warmhärtung des Verbundbaukörpers. Die Spritzgußform wird dann geöffnet und das Spritzguß-Formteil herausgenommen. Überschüssiger Kunststoff und entstehender Grat an den Kanten des auf diese Weise erhaltenen Verbundbaukörpers werden entfernt und dieser schließlich dadurch komplettiert, daß er in eine Lehre oder eine Vorrichtung eingebracht wird, um an vorgesehenen Verdickungen Befestigungslöcher zu bohren.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Masse zur thermischen Isolation, insbesondere Verbundbaukörper, dadurch gekennzeichnet , ' daß er ein mittels einer hitzebeständigen, gitterähnlichen Struktur verstärkter Spritzgußkörper ist, der aus einer annähernd starr ausgehärteten Kunstharzrnischung aus Phenolharz in wässriger Lösung und einem Katalysator als Härter besteht.

2. Verbundbaukörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die gitterähnliche Struktur aus gewebtem, hitzebeständigen Material besteht.

3- Verbundbaukörper nach dem Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die gitterähnliche Struktur aus einer Fasermatte oder aus einem Gewirk aus hitzebeständigem Material besteht.

4. Verbundbaukörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die gitterähnliche Struktur Asbestfasern enthält.

5. Verbundbaukörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die gitterähnliche Struktur Glasfasern enthält.

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6. Verbundbaukörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß als Glasfasern kontinuierliche oder geschnittene Glasfasern verwendet sind.

7. Verbundbaukörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die als Verstärkung dienende Struktur mindestens aus zwei übereinanderliegenden, gitterähnlichen Strukturen aus hitzebeständigem Material besteht.

8. Verbundbaukörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die ausgehärtete Kunstharzmischung die Zwischenräume der gitterähnlichen Verstärkung derart durchsetzt, daß die Verstärkung ein unablösbarer Bestandteil des Verbundbaukörpers ist.

9. Verbundbaukörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die gitterähnliche Struktur mit einer verstärkenden Komponente versehen ist, um ein Zusammensacken oder eine Desorientierung der Struktur zu vermeiden.

10. Verbundbaukörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der als Katalysator verwendete Härter Sulphon- und Phosphor-Säure aufweist.

11. Verbundbaukörper nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Kunstharzmischung im wesentlichen aus 78 % Phenolharz mit 22 % Wasser und im wesentlichen etwa 67 % Sulphonsäure mit 33 % Phosphorsäure, alles in Volumen-Prozenten, besteht.

12. Verbundbaukörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß er die Form eines für Kraftfahrzeuge geeigneten Hitzeschildes hat.

13· Verfahren zur Herstellung einer der thermischen Isolierung dienenden Masse, insbesondere eines Verbundbaukörpers, dadurch gekennzeichnet , daß in eine Spritzgußform eine gitterähnliche Struktur aus hitzebeständigem Material gelegt wird, daß in die Spritzgußform ein Phenolharz-Gemisch in wässriger Lösung mit einem Katalysator als Härter eingespritzt wird und daß das Harzgemisch ausgehärtet wird, um einen durch die gitterähnliche Struktur verstärkten Verbundbaukörper zu erhalten.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunstharzmischung in die Spritzgußform derart eingespritzt wird, daß sie die Zwischenräume der gitterähnlichen Struktur durchdringt, um diese Struktur zu einem unablösbaren Bestandteil des Verbundbaukörpers zu machen, sobald die Kunstharzmischung ausgehärtet ist.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet , daß die gitterähnliche Struktur dadurch hergestellt wird, daß mindestens zwei übereinanderliegende Lagen einer Fasermatte in die Spritzgußform eingelegt werden.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet , daß die gitterähnliche Struktur mit einer verstärkenden Komponente versehen wird, um deren Zusammensacken oder deren Disorientierung in der Spritzgußform zu vermeiden.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet , daß die Struktur durch das Schließen der Spritzgußform in ihrer Lage orientiert wird.

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18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 1?, dadurch gekennzeichnet , daß das Phenolkunstharz in wässriger Lösung vor dem Einbringen in die Spritzgußform mit dem als Härter dienenden Katalysator gemischt wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet , daß der als Härter dienende Katalysator Sulphon- und Phosphorsäure enthält.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Spritzgußform eingebrachte Kunstharzmischung im wesentlichen aus 78 % Phenolharz mit 22 % Wasser und vorzugsweise 67 Sulphonsäure mit 33 % Phosphorsäure, bezogen auf das Volumen, besteht.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet , daß die verwendete gitterähnliche Struktur aus mindestens einem gewebten, fasrigen oder gewirkten, hitzebeständigen Material besteht.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet , daß das hitzebeständige Material mindestens Asbest- und Glasfasern umfaßt.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch g e .ke-n η zeichnet , daß das Kunstharzgemisch in der Spritzgußform ausgehärtet wird.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzgußform für das Aushärten der eingebrachten Kunstharzmischung auf +30 bis +80 C aufgeheizt wird.

25. Verfahren nach den Ansprüchen 13 bis 24, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens die Höhlungen der Spritzgußform mit einem Nickelüberzug versehen werden, um eine Reaktion zwischen den Formteilen und den Säuren im verwendeten Härter zu vermeiden.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 25, dadurch gekennzeichnet , daß*vor der Füllung der Spritzgußform mit einem aus einem Trennmittel bestehenden Überzug versehen werden.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 26, dadurch gekennzeichnet , daß der Verbundkörper in der Form eines Hitzeschildes für ein Kraftfahrzeug ausgebildet wird und daß der Montage des Hitzeschildes dienende Ausbildungen zur Aufnahme von Befestigungslöohern durch den Spritzgußvorgang ausgeformt werden.

*die Höhlungen