DE60301737T2

DE60301737T2 - Verfahren zur Herstellung einer dünnen Vakuum-Isolationsverbundplatte mit hochsteifen Verkleidungen

Info

Publication number: DE60301737T2
Application number: DE60301737T
Authority: DE
Inventors: Claude Bonnebat
Original assignee: USINOR SA
Current assignee: USINOR SA
Priority date: 2002-01-28
Filing date: 2003-01-28
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2023-01-29
Also published as: EP1333222B1; FR2835216A1; ES2250841T3; FR2835216B1; EP1333222A3; DE60301737D1; EP1333222A2; ATE306044T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausführung einer Verbundstruktur, die zwei steife Verkleidungen umfasst, die im Wesentlichen eben sind, und untereinander durch Einfügen einer isolierenden Seele zwischen die ebenen Teile ihrer inneren Seite verbunden werden, bestehend aus einem Mantel, der unter Vakuum geschlossen wird, der einen isolierenden porigen Werkstoff enthält.
Ein solches Verfahren ist zum Beispiel aus der Patentschrift EP-A-1001233 bekannt.
Als superisolierend werden Werkstoffe gekennzeichnet, die bei Umgebungstemperatur eine Wärmeleitfähigkeit λ unter 10 mW/m.°K aufweisen. Es werden Werkstoffe bevorzugt, deren Wärmeleitfähigkeit unter 7 mW/m.°K, und besonders bevorzugt unter 5 mW/m.°K liegt.
Wenn die Wärmeleitfähigkeit der Luft 25 mW/m.°K beträgt, und die von Gasen mit der geringsten Wärmeleitfähigkeit in der Größenordnung von 8 mW/m.°K liegt, kann ein superisolierender Werkstoff eine Wärmeleitfähigkeit in der Größenordnung von 10 mW/m.°K nur erreichen, wenn alle in diesem Werkstoff vorhandenen Gase abgeleitet werden, woraus sich die Notwendigkeit ergibt, diesen Werkstoff unter Vakuum zu konditionieren, und dieses Vakuum während der gesamten Lebensdauer dieses konditionierten Werkstoffs zu garantieren.
Folglich werden superisolierende Vakuumplatten, die eine Wärmeleitfähigkeit aufweisen, die fünf bis sieben Mal niedriger ist, als jene der üblichen, im Handel erhältlichen Isolationsplatten, ausgeführt, indem eine Mikrozellen- oder Nanozellenseele mit einer vollständig offenen, porigen Struktur im Vakuum, im Innern eines flexiblen Barrieremantels konditioniert wird, der aus einer wärmeschweißbaren Folie besteht, die es außerdem ermöglicht, in den Abschnitten die Bildung von Wärmebrücken zu vermeiden.
Die Verwendung einer porigen Mikrozellen- oder Nanozellenseele, die in einem einfachen flexiblen wärmeschweißbaren Barrieremantel konditioniert ist, um eine superisolierende Vakuumplatte auszuführen, weist jedoch die folgenden Nachteile auf:

– einerseits ist der Barrieremantel sehr dünn, und daher sehr anfällig gegenüber Perforationsrisiken in Berührung mit steifen Oberflächen oder scharfen Kanten,
– wenn andererseits die Vakuumplatte, die mit diesem Mantel ausgeführt wird, eine augenscheinlich gute Steifheit aufweist, toleriert sie keine Kompressions- oder Flexionskräfte, die geeignet sind, den Mantel lokal zu verlängern und seine Barriereeigenschaften zu verschlechtern. Die tolerierbare Verlängerungsgrenze eines flexiblen Barrieremantels ohne Verschlechterung seiner Barriereeigenschaften liegt in der Größenordnung von 1 %, wenn er aus einem dünnen Aluminiumblatt besteht, und unter 3 %, wenn er aus einer Folie, zum Beispiel aus metallisiertem oder mit einer Oxidschicht versehenem Polyethylenterephthalat besteht.

Die Vakuumisolationsplatten, die unter flexiblen wärmeverschweißten Barrieremänteln konditioniert sind, können also keine mechanischen Kräfte ertragen, ohne der Verschlechterung ihrer Barriereleistungen und das Versagen des kompletten Isolationssystems zu riskieren.
Daher ist es schwierig unter den harten Nutzungsbedingungen, die zum Beispiel für Bauplatten zu finden sind, deren Oberflächentemperatur 80 °C erreichen, bzw. überschreiten kann, wenn sie auf Dächern verwendet werden, Lebensdauern von 30 bis 50 Jahren zu garantieren.
Um den mechanischen Schutz dieser superisolierenden Platten zu gewährleisten, lässt sich in Betracht ziehen, sie einfach durch Verkleben zwischen zwei steife Verkleidungen einzufügen, wie zum Beispiel zwischen Metallblätter, Holzplatten, Glas- oder Gipsplatten, um so eine Verbundplatte zu bilden.
Diese Praxis leidet jedoch unter verschieden Beschränkungen.
Es ist nämlich unmöglich, eine Isolationsplatte, die in einem Barrieremantel unter Vakuum gesetzt wird, herzustellen, die eine Oberfläche aufweist, die perfekt eben und gleichmäßig ist. Einerseits, im Falle der Verwendung von Seelen aus feinpulverigen oder granulösen Werkstoffen, wie Pyrolysesilicium, deformiert sich der Seelenwerkstoff selbst auf mehr oder weniger inhomogene Weise unter dem Einfluss des Drucks aufgrund des Vakuums, was zu der Bildung einer Platte mit nicht gleichmäßiger Stärke führt. Anderseits, aufgrund der Tatsache, dass es notwendig ist, von einem Mantel auszugehen, dessen Abmessungen größer sind als jene der Seele, um eine gute Verschweißung ausführen zu können, führt der Folienüberschuss des Mantels nach der Vakuumierung zur Bildung von mehr oder weniger deutlichen Falten auf der Oberfläche der Platte. Das Verkleben der steifen Verkleidungen auf dem Barrieremantel, der bereits unter Vakuum gesetzt wurde, und sich um die isolierende Seele zusammengezogen hat, kann also nicht auf gleichmäßige Weise erfolgen, es sei denn, es wird eine große Menge an Klebstoff verwendet. Nun ist aber die Verwendung einer großen Klebstoffmenge nicht wünschenswert, weil dadurch das Brandpotential der Verbundplatte erhöht wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine superisolierende Platte in Verbundstruktur auszuführen, die ein geringes Brandpotential aufweist und eine Mikrozellen- oder Nanozellenseele umfasst, die im Vakuum in einem flexiblen wärmeverschweißten Barrieremantel konditioniert, und zwischen zwei steifen Verkleidungen integriert ist. Dieses Ziel wird durch die Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 erreicht.
Die erste Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Verbundplatte, die zwei steife Verkleidungen umfasst, die im Wesentlichen ebne sind, und untereinander durch Einfügen einer isolierenden Seele zwischen die ebenen Teile ihrer inneren Seite verbunden werden, wobei die Seele einen porigen superisolierenden Werkstoff mit Mikrozellen- oder Nanozellenstruktur mit offenen Zellen umfasst, und in einen dichten Barrieremantel, der unter Vakuum geschlossen wird, eingeschlossen ist.
Mit der folgenden Beschreibung und den beigefügten Figuren, die als Beispiel dienen, lässt sich die Erfindung gut verstehen.
1 zeigt als Schnittzeichnung eine schematische Darstellung einer besonderen Ausführungsform einer Verbundplatte gemäß der Erfindung.
2 ist eine schematische Zeichnung eines Beispiels der Endbearbeitung des Abschnitts der Verbundstruktur gemäß der Erfindung, das heißt, die Schließung des peripheren Raums des Barrieremantels und der isolierenden Seele, zwischen den steifen Verkleidungen.
3 zeigt schematisch ein weiteres Beispiel für die Endbearbeitung des Abschnitts der Verbundstruktur gemäß der Erfindung.
In dieser besonderen Ausführungsform, wie in 1 dargestellt, umfasst die Verbundstruktur 1 gemäß der Erfindung zwei steife Verkleidungen 2, die im Wesentlichen eben sind, und Verstärkungsrillen und/oder Fixierungsrillen 3 enthalten können, zwischen die eine isolierende Seele 4 eingefügt wird, welche in einen flexiblen und dichten Barrieremantel 5, der unter Vakuum geschlossen wird, eingeschlossen wird.
Die Seele 4 umfasst mindestens eine ebene Platte von gleichmäßiger Stärke, die vorher auf die Größe der Verbundplatte 1 oder auf einen Teil der Verbundplatte 1 zugeschnitten wurde, die hergestellt werden soll.
Um Verbundplatten 1 mit großen Abmessungen oder mit einer besonderen Form herstellen zu können, ist es möglich, ebene Platten aus einem isolierenden porösen Werkstoff, die einzeln unter Vakuum konditioniert und in einem Barrieremantel 5 organisiert wurden, nebeneinander zu legen.
Diese Organisation der Platten unter Vakuum ermöglicht es, die Verbundplatte 1 in einem beliebigen Bereich zu perforieren, und dabei den Verlust an Vakuum, an der Oberfläche der Platte zu begrenzen, die ebenfalls der Perforation unterzogen wird.
Die mindestens eine ebene Platte, die die Seele 4 darstellt, besteht aus einem porigen Werkstoff, der einen guten Widerstand gegen Kompression aufweist, wobei ihm die Luft und die volatilen Bestandteile vollständig entzogen werden können, die er bei der Vakuumierung enthält, und wobei er später im Laufe der Zeit weder volatile Bestandteile noch Gas freisetzt. Die zu diesem Zweck verwendeten Werkstoffe müssen also eventuell getrocknet werden, weil die Entfernung des Wassers den Vorgang der Vakuumierung erheblich verzögern kann.
So besteht die mindestens eine Platte aus einem superisolierenden porigen Werkstoff unter Vakuum, der Mikrozellen- oder Nanozellenpartikel mit offenen Zellen enthält, die bevorzugt ausgewählt werden aus pyrogener Kieselsäure, Fällungskieselsäure oder nanoporösem Quarzglas, organischen oder mineralischen Aerogelen, organischen Schaumstoffen, wie zum Beispiel Polyurethan- oder Polystyrolkunstoffen und Isolationsstoffen mit Fasern.
Die organischen Mikrozellenschaumstoffe aus Polystyrol oder Polyurethan weisen Zellen auf, deren Größe zwischen einigen Dutzend und einigen Hundert Mikron liegt. Die optimale Dichte dieser Schaumstoffe liegt in der Größenordnung von 40 kg/m³. Um die Wärmeleitfähigkeit dieser Schaumstoffe zwischen 4 und 10 mW/m.°K zu halten, müssen sie unter ein Vakuum gesetzt werden, das unter 0,1 Millibar liegt. Um dieses Vakuumniveau im Barrieremantel zu erhalten, werden im Allgemeinen verschiedene "getters" oder Gasabsorber in den Barrieremantel eingefügt.
Die nanozellulären organischen oder mineralischen Nanozellenaerogele weisen noch feinere Zellstrukturen auf, in einer Größenordnung von einigen Dutzend bis etwa einigen Hundert Nanometer. Diese Werkstoffe werden vorzugsweise verwendet, um die isolierenden Seelen 4, die unter Vakuum konditioniert wurden, in einer flexiblen wärmegeschweißtem Barrieremantel 5 auszuführen. Diese isolierenden nanoporigen Werkstoffe benötigen nämlich nicht mehr als eine Vakuumierung von nur 100 oder 200 Millibar, um die superisolierenden Platten auszuführen, die eine Wärmeleitfähigkeit unter 10 mW/m.°K aufweisen.
Die Verbrennungskieselsäuren, auch pyrogene Kieselsäuren genannt, können auf Dichten zwischen 100 kg/m³ und 200 kg/m³ komprimiert werden, in Form von Platten, die sehr schnell unter Vakuum gesetzt werden können. Sie weisen einen ausgezeichneten Widerstand gegen Kompression und erhöhte Temperaturen auf, und weisen außerdem den Vorteil auf, keine organischen Verbindungen zu enthalten. Sie werden folglich reichlich verwendet, um zum Beispiel Bauplatten gegen Brandrisiken zu schützen.
Um den Zusammenhalt dieser Platten zu verstärken, werden in den porigen Werkstoff der Platten mineralische Fasern und eine sehr geringe Menge an Bindemittel eingeführt, die diesen Platten eine ausreichende mechanische Festigkeit verleihen, um sie unter Atmosphärendruck handhaben zu können, und wobei gleichzeitig eine große Flexibilität und eine sehr große Permeabilität der Rückschlagsfähigkeit des porigen Werkstoffs bewahrt wird. Deshalb verhalten sich die pyrogenen Kieselsäuren wie makroporige Werkstoffe, was ihre schnelle Vakuumierung erleichtert, werden aber wieder zu nanoporigen Werkstoffen, wenn sie erst einmal unter Vakuum konditioniert wurden.
Ein Beispiel für eine Zusammensetzung einer pyrogenen Kieselsäure mit nanoporiger Struktur, verstärkt durch mineralische Fasern, ist nachfolgend angegeben:

– SiO₂: 70 Gew.-%,
– FeO + TiO₂ oder ZrO₂: 29°Gew.-%,
– Al₂O₃: 1 Gew.-%.

Das porige Material der Platten der isolierenden Seele 4 kann außerdem Trübungsmittel enthalten.
Der Barrieremantel 5 besteht aus zwei mehrschichtigen wärmeverschweißbaren Folien, umfassend eine Barrierefolie 9, die im Sandwich zwischen einer inneren Versiegelungsfolie 8, die mit dem superisolierenden porigen Werkstoff der Seele 4 in Berührung ist, und einer äußeren Folie 6, die mit einer Klebefolie 7 in Berührung ist, die den Barrieremantel und die steifen Verkleidungen 2 verbindet, liegt.
Diese mehrschichtigen wärmeverschweißbaren Folien umfassen zum Beispiel:

– eine oder mehrere Barrierefolien 9, ein dünnes Aluminiumblatt mit einer Stärke zwischen 5 μm und 12 μm und/oder eine metallisierte oder mit Oxid beschichtete Kunststofffolie umfassen, wie zum Beispiel eine Folie aus Polyethylenterephtalat (PET) oder Polypropylen (PP), die mit einer dünnen Aluminiumschicht, die unter Vakuum aufgebracht wurde, beschichtet ist, oder mit Silicium beschichtet ist,
– eine wärmeverschweißbare innere Versiegelungsfolie 8, die eine Folie aus Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) oder Polyethylenterephtalat (PET) mit einer Stärke zwischen 3 μm und 60 μm umfasst,
– eine äußere Folie 6, die den Schutz des Barrieremantels 5 gewährleistet, und eine Folie aus Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP) umfasst. In einer Ausführungsform der Erfindung ist diese Folie mit einem Klebstoff 7 beschichtet, der eine Fähigkeit zur Haftung auf der steifen Verkleidung 2 durch einfachen Druck bei Umgebungstemperatur oder durch thermische Aktivierung aufweist,
– Schichten des Verbundklebstoffs 7 ermöglichen es, die verschiedenen Folien der mehrschichtigen Folie des Barrieremantels zwischen sich zu vereinen.

Wir werden nun ein Beispiel für die Ausführung einer mehrschichtigen Folie des Barrieremantels 5 nennen, gemäß dem, zum Beispiel, die folgenden Kunststofffolien übereinander gelegt werden, ausgehend von der Seite des Barrieremantels 5 die in Berührung mit dem superisolierenden porigen Werkstoff ist, zu der Seite der steifen Verkleidung 2: Polyethylen (PE)/A1/ metallisiertes Polyethylenterephtalat (PET)/A2/ metallisiertes PET/A3/ Polypropylen (PP).
In dieser Struktur aus sieben Schichten, werden zwei Folien aus metallisiertem PET zwischen einerseits eine Folie aus PE und andererseits eine Folie aus PP mittels der verschiedenen Klebstoffe A1, A2, A3 im Sandwich verbunden. Die Stärken der verschiedenen Bestandteile sind in der Größenordnung von 50 μm bis 80 μm für das PP und das PE, 20 μm bis 50 μm für das PET und von einigen Mikron für die Klebstoffe. Es kann in Betracht gezogen werden, den dichten Barrieremantel 9 auf der Grundlage des metallisierten PET durch ein Aluminiumblatt mit einer Stärke von 5 μm bis 12 μm zu ersetzen.
Die steifen Verkleidungen 2 bestehen aus nicht porigem Material wie etwa Glas, Metall, Kunststoffe oder Verbundwerkstoffen. Die Verkleidungen 2 sind bevorzugt Metallbleche, und besonders bevorzugt Bleche aus Stahl oder Aluminium. Diese Bleche können eventuell auf beiden Seiten zur Dekoration oder zu Schutz gegen Korrosion vorgestrichen werden.
Die Verkleidungen 2 können vorher geformt werden, insbesondere durch Profilierung, Prägen oder Warmformung, vorbehaltlich der Bewahrung der ebenen Zonen oder der entwickelbaren Oberflächen, die die isolierende Seele 4 stützen und als Verbindungsoberfläche mit dem Barrieremantel 5 dienen.
Die innere Seite der Verkleidungen 2 können ebenfalls vorher behandelt werden, um die Haftung der mehrschichtigen Folie des Barrieremantels auf der Verkleidung 2 zu erleichtern oder um die Verkleidung 2 gegen Korrosion zu schützen.
Ein erstes Verfahren gemäß der Erfindung zur Herstellung einer Platte 1 mit Verbundstruktur 1 besteht darin, auf die gesamte oder einen Teil der inneren Seite jeder der zwei festen Verkleidungen 2, mindestens einen Teil einer Barrieremantelfolie 5, deren Abmessungen größer sind als die der Verkleidungen 2, so dass man ein kontrolliertes Haftungsniveau der Folien auf den Verkleidungen 2 erzielt.
Dann werden die inneren Seiten der beiden Verkleidungen 2, die mit einem Barrieremantel 5 beschichtet sind, einander gegenübergestellt, dann werden der beiden mehrschichtigen Folien, die jede der beiden Verkleidungen beschichten, an der Peripherie teilweise versiegelt, so dass ein Barrieremantel gebildet wird, der mindestens eine Öffnung besitzt, und die Einheit wird in eine Vakuumkammer gestellt, so dass ein kontrolliertes Vakuum in dem Barrieremantel entsteht, der die Seele enthält.
Schließlich wird, bevorzugt mittels Vakuumthermoschweissen, der Barrieremantel 5 auf seiner ganzen Peripherie versiegelt, so dass die Seele 4 unter Vakuum eingeschlossen wird, und der Atmosphärendruck in der Vakuumkammer wird wieder hergestellt, um die Verbundplatte 1, die so erhalten wurde, zu bilden, indem es dem Barrieremantel 5 erlaubt wird, sich um die Seele 4 zusammenzuziehen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, direkt nachdem die inneren Seiten der zwei mit einer Barrieremantelfolie 5 beschichteten Verkleidungen 2 einander gegenüber anordnet sind, werden nacheinander auf drei Seiten die beiden Folien so versiegelt, dass die zwei Verkleidungen 2 vereint werden, um einen Barrieremantelsack 5 zu bilden, der auf einer Seite offen ist, und die Seele 4 wird in den Barrieremantelsack 5 eingefügt.
Dann wird, wie bereits gesehen, die vom Sack gebildete Einheit, die die Seele 4 und die beiden steifen Verkleidungen 2 enthält, in eine Vakuumkammer gegeben, um ein Vakuum in dem Barrieremantelsack 5 zu schaffen, dann wird, bevorzugt mittels Vakuumthermoschweißen, der Barrieremantelsack 5 auf seiner ganzen Peripherie versiegelt, so dass die Seele 4 unter Vakuum eingeschlossen wird, und es wird der Atmosphärendruck in der Vakuumkammer wieder hergestellt, um die Verbundplatte 1, zu bilden.
Um die Barrieremantelfolie 5 auf die ebenen oder entwickelbaren Teile jeder der zwei steifen Verkleidungen 2 zu kleben, wird mittels Kalt- oder Heißkolamination wie folgt vorgegangen:

– entweder wird die vorher mit Klebstoff bestrichene Barrieremantelfolie 5 mit Hilfe einer Rolle oder einer Presse auf die beiden steifen Verkleidungen 2 angelegt,
– oder die Standardbarrieremantelfolie 5, wird mit Hilfe einer Rolle oder einer Presse auf die beiden vorher mit Klebstoff bestrichenen steifen Verkleidungen 2 angelegt.

Bei diesem Vorgang ist es notwendig, Folgendes genau zu kontrollieren:

– entweder die Größe der Laminationszone, wobei zu vermeiden ist, die Barrieremantelfolie 5 an der Peripherie der steifen Verkleidung 2 zu verbinden,
– oder die Intensität der entwickelten Haftung zwischen der Barrieremantelfolie 5 und der steifen Verkleidung 2, insbesondere an der Peripherie der Verkleidung 2.

Ein Merkmal des Verfahrens der Erfindung ist nämlich, dass damit verhindert werden kann, dass das Zusammenziehen des Barrieremantels 5 um die isolierende Seele 4 Spannungen auslösen kann, die von einer exzessiven Dehnung ausgelöst werden, die bei dem Schritt der erneuten Aussetzung der Verbundplatte 1 an Freiluft entsteht, die zu lokalen Mikrorissen in dem flexiblen Barrieremantel 5 führen, in der Nähe der Abschnitte in der Peripherie der Verbundplatte 1, die geeignet sind, dessen Barriereeigenschaften zu verschlechtern.
Zu diesem Zweck besteht ein erstes Mittel gemäß der Erfindung darin, an der Peripherie der steifen Verkleidungen 2 eine Zone zu begrenzen, in der die Barrieremantelfolie 5 nicht mit den steifen Verkleidungen 2 versiegelt wird. In diesem Fall erfolgt das Zusammenziehen des Barrieremantels 5 in der Nähe der Abschnitte der isolierenden Seele 4 vollkommen frei.
Um die Barrieremantelfolie 5 auf jeder der zwei steifen Verkleidungen 2 zu befestigen, werden Anwendungsarten und Klebstoffe 7 und folgende verwendet:

1) Heißlamination der Barrieremantelfolie 5 auf den steifen Verkleidungen 2. Hierfür wird eine Klebefolie 7, die warm aktivierbar ist, entweder auf der inneren Seite der steifen Verkleidung 2 oder auf der äußeren Seite der Barrieremantelfolie 5 angelegt, und dann wird die äußere Seite der Barrieremantelfolie 5 auf die innere Seite der steifen Verkleidung 2 heiß kalandriert. Die Klebstoffe dieser Art werden ausgewählt aus: Ethylenvinylacetatharzen (EVA), Polyethylenen und gepfropften Polypropylenen, Epoxidharzen, die Polypropylenknötchen enthalten. Wenn zum Beispiel die äußere Folie 6 der Barrieremantelfolie 5 aus einer Folie aus PP besteht, wird für die Heißkalandrierung der Barrieremantelfolie 5 auf die steife Verkleidung 2, die vorher mit einem Film auf der Grundlage von gepfropftem Polypropylen bestrichene, steife Verkleidung verwendet.
2) Kaltlamination der Barrieremantelfolie 5 auf den steifen Verkleidungen 2. Hierfür wird eine Schicht Klebstoff 7 des Typs Pressure Sensitive Adhesive (PSA oder druckempfindlicher Klebstoff), die bei Umgebungstemperatur eine mehr oder weniger hohe Klebrigkeit aufweist, entweder auf die innere Seite der steifen Verkleidung 2, oder auf die äußere Seite der Barrieremantelfolie 5 angelegt, und dann die äußere Seite der Barrieremantelfolie 5 auf die innere Seite der steifen Verkleidung 2 kalt kalandriert.

Die Klebstoffe dieses Typs sind flüssige Klebstoffe in Lösung oder Dispersion auf der Grundlage von Acrylen oder Naturkautschuk, und den Klebstoffen des Typs „hot melt" mit 100 % Trockenmasse, mittels Rollenauftrag oder durch Aufsprühen anlegbar, oder den Klebstoffen vom Typ „hot melt" mit 100 % Trockenmasse, die geschmolzen mittels einer Düse anlegbar sind. Der Klebstoff vom Typ PSA wird abhängig von ihren Haftleistungen ausgewählt, die anfangs relativ gering sind, sich aber im Laufe der Zeit progressiv unter dem Einfluss der Temperatur entwickeln, und es so ermöglichen, beim Anlegen eine geringe Haftbindung aufzuweisen, die sich im Laufe der Zeit verstärkt.
Nach der Anwendung der Klebeschicht PSA ist es notwendig, eine Schutzfolie anzufügen, wie zum Beispiel ein Silikonpapier oder eine klebstoffabweisende Folie ist, um die steifen Verkleidungen 2 oder die Barrieremantelfolien 5, die bei ihrer Lagerung mit einem PSA-Klebstoff beschichtet sind, zu schützen. Diese Schutzfolie wird dann vor der Lamination der Barrieremantelfolie 5 auf die steifen Verkleidungen entfernt.
Indem auf der Oberfläche, die mit dem PSA bestrichen ist, Einsparungen ausgeführt werden, wird die Gefahr des Verklebens der Barrieremantelfolie 5 auf der Peripherie der steifen Verkleidungen 2 verhindert, so dass bei Aussetzung der Verbundplatte 1 an Atmosphärendruck das Zusammenziehen der Barrieremantelfolie 5 frei erfolgt. Es ist ebenfall möglich, die Haftwirkung lokal zu entfernen, indem auf der Barrieremantelfolie 5 oder auf den steifen Verkleidungen 2 ein Streifen einer klebstoffabweisenden Folie angefügt wird.
Die Verwendung von PSA zum vorherigen Bestreichen mit Klebstoff der Barrieremantelfolien 5 oder der steifen Verkleidungen 2 bringt mehr Flexibilität und Produktivität im Vergleich zur Verwendung von Klebstoffen, die warm aktivierbar sind. Zum Verkleben von nicht porigen Barriereoberflächen sind nämlich Klebstoffe ohne Lösungsmittel am besten geeignet, die keine Brennphase oder thermische Aktivierung erfordern. Mit den Systemen zum vorherigen Bestreichen mit Klebstoffen vom Typ PSA wird so vermieden, Heizpressen oder Trockenapparate mit großer Kapazität mit Produktionszyklen mit einer Dauer von mehreren Minuten durchführen zu müssen.
Die Verbundplatte 1, die erhalten wurde, nachdem das Vakuum gebrochen wurde, weist eine Stärke zwischen 1 und 3 Zentimetern auf, und wird dann verschiedenen zusätzlichen Endbearbeitungsvorgängen unterzogen, die zum Beispiel bestehen in:

– Umschlagen des Überschusses der Barrieremantelfolie 5 im Raum, der zwischen den Rändern der beiden steifen Verkleidungen 2 und dem Abschnitt der isolierenden Seele 4 liegt,
– Ausfüllen dieses Raums mit einem Schutzwerkstoff vom Typ Profilschaumstoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit, wodurch nicht nur die Ausführung einer ästhetischen und funktionalen Endbearbeitung ermöglicht wird, sondern auch die Minimierung von Wärmebrücken,
– das Anbringen von Befestigungselementen der Verbundplatte 1 in dieser Verbindungszone, die es ermöglichen auf zusätzliche Weise die zwei steifen Verkleidungen 2 zu befestigen.

Ein zweites Mittel gemäß der Erfindung besteht darin, die Adhäsion, die sich zwischen der Barrieremantelfolie 5 und der steifen Verkleidung 2 entwickelt, auf einen Wert zu begrenzen, der unter der Spannung liegt, die zum Auftreten von Rissen in der Barrieremantelfolie 5 führen, so dass das Zusammenziehen des Barrieremantels 5 keine Verringerung seiner Barriereleistungen in den Faltenzonen schafft. Indem die für das Ablösen der Barrieremantelfolie 5 von den steifen Verkleidungen 2 notwendige Kraft auf eine vorherbestimmte Widerstandsfraktion an der Überlaufkante dieser Barrieremantelfolie 5 begrenzt wird, gemessen in einer Zugfestigkeitsprüfung, werden die Risiken der Beschädigung der Barrieremantelfolie 5 verringert.
Die Verbindung zwischen der Barrieremantelfolie 5 und den ebenen Teilen der steifen Verkleidungen 2 wird verstärkt durch die Wirkung des Atmosphärendrucks, der gleichzeitig auf die steifen Verkleidungen 2 und auf die kolaminierte Barrieremantelfolie 5 wirkt. Es ist nun nicht notwendig, ein sehr hohes Haftungsniveau zwischen der Barrieremantelfolie 5 und den steifen Verkleidungen 2 auszuführen, um ein Verbundplatte 1 zu erhalten, die eine erhöhte Steifigkeit aufweisen.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zur Herstellung einer Verbundplatte 1, deren Form zum Beispiel viereckig ist, wird zuerst ein Sack geformt, dessen Abmessungen größer sind als jene der steifen Verkleidungen 2, indem nacheinander drei Seiten der zwei Barrieremantelfolien 5 versiegelt werden.
Dann wird auf einen Teil der inneren Seiten jeder der zwei steifen Verkleidungen 2 mindestens ein Teil der Barrieremantelfolie 5 des Sacks geklebt, um ein kontrolliertes Haftungsniveau der Barrieremantelfolie 5 auf den steifen Verkleidungen 2 zu erhalten, dann werden die zwei Verkleidungen 2 getrennt, wobei die inneren Seiten einander gegenüber angeordnet sind, um so den Sack zu öffnen, und es wird die isolierende Seele 4 in den Sack eingefügt.
Dann wird die Einheit in eine Vakuumkammer gestellt, so dass in dem Barrieremantelsack 5, der die isolierende Seele 4 enthält, ein kontrolliertes Vakuum entsteht, dann werden an der vierten Seite, bevorzugt mittels Vakuumthermoschweißen an der Peripherie, die beiden Folien des Sacks versiegelt, so dass der Sack geschlossen wird und einen Barrieremantel 5 bildet, und dabei die isolierende Seele 4 dort unter Vakuum zwischen den beiden steifen Verkleidungen 2 einschließt.
Schließlich wird der Atmosphärendruck in der Vakuumkammer wieder hergestellt, um die so erhaltene Verbundplatte 1 zu bilden, indem es dem Barrieremantel 5 erlaubt wird, sich um die isolierende Seele 4 zusammenzuziehen.
Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der vorbereitende Vorgang des Schweißens unter Atmosphärendruck nur auf einem Teil der Ränder der Barrieremantelfolie 5 an der Peripherie zur Bildung eines Sacks, vor der Einfügung der isolierenden Seele 4 zwischen die mit der Barrieremantelfolie 5 kolaminierten steifen Verkleidungen 2 ausgeführt.
Dieser Vorgang erleichtert die Ausführung einer Schweißnaht von guter Qualität, wobei die Bildung von Falten des Barrieremantels 5 vermieden wird, indem die ebenen Seiten der zwei steifen Verkleidungen 2 präzise übereinander gelegt werden. Dann wird die isolierende Seele 4 in den so gebildeten Sack eingefügt, wobei darauf geachtet wird, die Zone, die für die letzte Schweißnaht bestimmt wird, nicht durch Werkstoffabfälle oder Stäube kontaminiert ist, die unter Vakuum ausgeführt werden muss. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, den isolierenden porigen Werkstoff vor der Einfügung in einen Barrieremantel 5 in einer Membran zu konditionieren, dies verleiht ihm außerdem eine höhere Steifigkeit und erleichtert seine Handhabung.
Die in der Erfindung beschriebenen Verfahren ermöglichen es, in einer gleichen Verbundplatte 1 mehrere isolierende Elemente übereinander, individuell unter Vakuum konditioniert, in getrennten Barrieremänteln zu kombinieren. So ist es möglich, Verbundplatten 1 auszuführen, in denen Zuschneidezonen reserviert sind, ohne die Kohäsion der Platte zu zerstören.
Sie ermöglichen außerdem Verbundplatten mit komplexen Formen auszuführen und es besteht die Möglichkeit, Perforierungen in den bestimmten Zonen der Verbundplatte anzubringen, ohne dass diese Perforationen die Integrität der globalen Struktur beeinträchtigen.
In 3 wird eine Endbearbeitung des Abschnitts der Verbundplatte 1 gemäß der Erfindung dargestellt, in der die Verstärkungs- oder Fixierungsrillen 3 der steifen Verkleidungen 2 einen vorspringenden Rand bilden, der mit einem geschäumten isolierenden Werkstoff ausgefüllt ist. Diese Art der Endbearbeitung des Abschnitts der Verbundplatte verhindert die Bildung einer Wärmebrücke, wenn zwei Verbundplatten aneinanderfügt werden.
Die Verbundstrukturplatten gemäß der Erfindung weisen folgende Vorteile auf:

– der flexible Barrieremantel wird durch die steifen Verkleidungen vollständig mechanisch geschützt,
– die steifen Verkleidungen gewährleisten einen zusätzlichen Barriereeffekt, der es ermöglicht, die Erhaltung der isolierenden Seele unter Vakuum stark zu verbessern,
– die Verwendung eines sehr geringen Flächengewichts an Klebstoff zur Befestigung des Barrieremantels, der die isolierende Seele und die zwei steifen Verkleidungen enthält, führen dazu, dass die Verbundstrukturplatte kaum brennbar ist.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Verbundplatte (1), die zwei steife Verkleidungen (2) umfasst, die im Wesentlichen eben sind und untereinander durch Einfügen einer Seele (4) zwischen die ebenen Teile ihrer inneren Seite verbunden werden, wobei die Seele (4) einen porigen superisolierenden Werkstoff mit Mikrozellen- oder Nanozellenstruktur mit offenen Zellen umfasst und in einen dichten Barrieremantel (5), der unter Vakuum geschlossen wird, eingeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: – man klebt auf die ganze oder einen Teil der inneren Seite jeder der zwei steifen Verkleidungen (2) mindestens einen Teil einer Barrieremantelfolie (5), deren Abmessungen größer sind als die der Verkleidungen (2), so dass man ein kontrolliertes Haftungsniveau der Folien erzielt, – man ordnet die inneren Seiten der zwei mit einer Barrieremantelfolie (5) beschichteten Verkleidungen (2) einander gegenüber an, – man fügt die Seele (4) zwischen die zwei Verkleidungen (2) ein, – man versiegelt die zwei Folien, die jede der zwei Verkleidungen (2) beschichten, an der Peripherie teilweise, um einen Barrieremantel (5) zu bilden, der mindestens eine Öffnung besitzt, – man stellt die aus dem offenen Barrieremantel (5), der die Seele (4) enthält, und den zwei Verkleidungen (2) gebildete Einheit in eine Vakuumkammer, um in dem offenen Barrieremantel (5) ein kontrolliertes Vakuum zu schaffen, – man versiegelt den Barrieremantel (5) auf seiner ganzen Peripherie, so dass die Seele (4) darin unter Vakuum eingeschlossen ist, und – man stellt den Atmosphärendruck in der Vakuumkammer wieder her, um die Verbundplatte (1), die so erzielt wurde, zu bilden, indem man es dem Barrieremantel (5) erlaubt, sich um die Seele (4) zusammenzuziehen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man zwischen dem Schritt des Anordnens der zwei mit einer Barrieremantelfolie (5) beschichteten Verkleidungen (2) einander gegenüber und dem Schritt des Wiederherstellens des Atmosphärendrucks in der Vakuumkammer: – nacheinander die zwei Folien auf drei Seiten so versiegelt, dass man die zwei Verkleidungen (2) vereint, um einen Barrieremantelsack (5) zu bilden, der auf einer Seite offen ist, – die Seele (4) in den Barrierenmantelsack (5) einfügt, – die aus dem die Seele (4) enthaltenden Sack und den zwei steifen Verkleidungen (2) gebildete Einheit in eine Vakuumkammer stellt, um in dem Barrieremantelsack (5) ein Vakuum herzustellen, und – den Barrieremantelsack (5) auf seiner ganzen Peripherie versiegelt, so dass die Seele (4) darin unter Vakuum eingeschlossen ist.
Verfahren zum Herstellen einer Verbundplatte (1), die zwei steife, im Wesentlichen ebene Verkleidungen (2) umfasst, die untereinander verbunden werden, indem zwischen die ebenen Teile ihrer inneren Seite eine Seele (4) eingefügt wird, die einen superisolierenden porigen Werkstoff mit Mikrozellen- oder Nanozellenstruktur mit offenen Zellen umfasst, wobei die Seele (4) in einem dichten Barrieremantel (5) eingeschlossen ist, der unter Vakuum geschlossen wird und aus zwei zusamengeschweißten Folien besteht, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: – man versiegelt nacheinander auf drei Seiten zwei Barrieremantelfolien (5), um einen Sack zu bilden, dessen Abmessungen größer sind als die der Verkleidungen (2), – man klebt auf die ganze oder einen Teil der inneren Seite jeder der zwei steifen Verkleidungen (2) mindestens einen Teil des Barrieremantelsacks (5), so dass man ein kontrolliertes Haftungsniveau des Barrieremantelsacks (5) auf den Verkleidungen (2) erzielt, – man trennt die zwei Verkleidungen (2), so dass der Sack geöffnet wird, – man fügt die Seele (4) in den offenen Barrieremantelsack (5) zwischen die Verkleidungen (2) ein, – man stellt die aus dem Barrieremantelsack (5), der die Seele (4) enthält, und den zwei steifen Verkleidungen (2) gebildete Einheit in eine Vakuumkammer, um in dem Barriere mantelsack (5) ein kontrolliertes Vakuum zu schaffen, – man versiegelt den Barrieremantelsack komplett, um den Barrieremantel zu bilden und darin die Seele unter Vakuum einzuschließen, und – man stellt den Atmosphärendruck in der Vakuumkammer wieder her, um die so erhaltene Verbundplatte (1) zu bilden, indem man es dem Barrieremantel (5) erlaubt, sich um die isolierende Seele (4) zusammenzuziehen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Barrieremantel (5) aus einer mehrschichtigen Folie besteht, die mindestens eine Barrierefolie (9) umfasst, die im Sandwich zwischen einer inneren Versiegelungsfolie (8), die mit dem superisolierenden porigen Werkstoff der Seele (4) in Berührung ist, und einer äußeren Folie (6), die mit einer Klebefolie (7) in Berührung ist, die den Barrieremantel (5) und die steifen Verkleidungen (2) verbindet, liegt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Barrierefolie (9) der mehrschichtigen Folie des Barrieremantels (5) ein dünnes Aluminiumblatt mit einer Stärke zwischen 5 μm und 12 μm, eine metallisierte oder mit Oxid beschichtete Kunststofffolie, eine Kombination des dünnen Blatts mit der Kunststofffolie umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeschweißbare innere Versiegelungsfolie (8) eine Folie aus Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) oder Polyethylenterephthalat (PET) mit einer Stärke zwischen 3 μm und 60 μm umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Folie (6) eine Folie aus Polyethylen (PE) oder aus Polypropylen (PP) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierende Seele (4) mindestens eine Platte umfasst, die aus einem superisolierenden porigen Werkstoff unter Vakuum besteht, der Mikrozellen- oder Nanozellenpartikel mit offenen Zellen enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrozellen- oder Nanozellenpartikel mit offenen Zellen der Seele (4) ausgewählt werden aus pyrogener Kieselsäure, Fällungskieselsäure oder nanoporösem Quarzglas, organischen oder mineralischen Aerogelen, den organischen Schaumstoffen und den Isolationsstoffen mit Fasern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass man zum Kleben der Barrieremantelfolie (5) auf der inneren Seite der steifen Verkleidung (2) eine warm aktivierbare Polymerklebefolie (7) entweder auf die äußere Seite der Barrieremantelfolie (5) oder auf die innere Seite der steifen Verkleidung (2) anlegt und dann die äußere Seite der Barrieremantelfolie (5) auf die innere Seite der steifen Verkleidung (2) heiß kalandriert.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die warm aktivierbare Polymerklebefolie (7) ausgewählt wird aus Ethylenvinylacetatharzen (EVA), Polyethylenen und gepfropften Polypropylenen, Epoxidharzen, die Polypropylenknötchen enthalten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass man zum Kleben der Barrieremantelfolie (5) auf die innere Seite der steifen Verkleidung (2) eine Klebstoffschicht des Typs Pressure Sensitive Adhesive (PSA oder druckempfindlicher Klebstoff) entweder auf die äußere Seite der Barrieremantelfolie (5) oder auf die innere Seite der steifen Verkleidung (2) anlegt und dann die äußere Seite der Barrieremantelfolie (5) auf die innere Seite der steifen Verkleidung (2) kalt kalandriert.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff des Typs PSA ausgewählt wird aus den flüssigen Klebstoffen in Lösung oder Dispersion auf der Grundlage von Acrylen oder Naturkautschuk, und den Klebstoffen des Typs „hot melt" mit 100 % Trockenmasse.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die steifen Verkleidungen (2) aus nicht porigen Werkstoffen bestehen, die ausgewählt werden aus Glas, Metall, Kunststoffen und Verbundwerkstoffen.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Verkleidungen (2) aus Stahl oder aus Aluminium bestehen.