DE940787C

DE940787C - Schwimmkoerper aus Polyurethan-Schaumstoffen

Info

Publication number: DE940787C
Application number: DEF15618A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl-Ing Hoppe; Hans-Willi Dr Paffrath
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1954-09-03
Filing date: 1954-09-03
Publication date: 1956-03-29

Description

Schwimmkörper aus Polyurethan-Schaumstoffen Die Herstellung von Schwimmkörpern aus Kunststoffen im Preßverfahren oder aus Schaumstoffen auf Kunststoffbasis, die über den ganzen Querschnitt gleiches spezifisches Gewicht besitzen, ist bekannt.
Es ist auch bekannt, durch nachträgliches Pressen solchen Schaumkörpern ein höheres Raumgewicht in der Mantelzone zu geben. Ferner ist bekannt, metallische Hohlkörper oder Hohlkörper aus Kunststoffen nachträglich mit Schaumstoffen zu füllen, so daß sie unsinkbar werden und durch die Schaumstoff-Füllung die an sich dünnwandigen Außenkonstruktionen gegen starke Außendrücke gestützt werden.
Es wurde nun gefunden, daß man die Festigkeit und Tragfähigkeit solcher Schwimmkörper noch wesentlich erhöhen und gleichzeitig das Verfahren zu ihrer Herstellung vereinfachen kann, wenn man diese Schwimmkörper in der Weise herstellt, daß das Verschäumen der Polyurethankomponenten in einer Form erfolgt und hierbei Maßnahmen getroffen werden, durch die ein Schaumstoff erhalten wird, dessen spezifisches Gewicht vom Mantel zum Kern hin abnimmt.
Solche Schwirnmkörper können z. B. mit einem Leichtstoffkern vom Raumgewicht 10 bis 100 kglm3 und einer tragfähigen Mantelzone vom Raumgewicht 200 bis Soo kg/m3 in einem Arbeitsgang versehen werden.
Der Erfindung liegen vorzugsweise Polyurethan-Schaumstoffe mit mehr oder minder offenen Poren oder mit geschlossenen Poren (Zellen) zugrunde, die bei Normaltemperatur oder unter zusätzlicher Zufuhr von Wärme in Formen aus Metall, Kunststoff, Holz, Beton oder in Sandformen erzeugt werden.
Es werden vorzugsweise schnell- und flüssig treibende Schaumansätze gewählt, die in geeigneten und bekannten Mischapparaten erzeugt und in die Form dosiert eingegossen oder eingespritzt werden.
Zwecks Erreichung einer tragfähigen, wasserdichten Mantelzone im Formkörper wird die mit Trennmittel versehene Form zunächst mit einem Vlies aus Glasfasern oder Metallfäden oder aus synthetischen oder natürlichen Fasern ausgelegt, das mittels einem durch die Rezeptwahl bestimmten Verschäumlungsdruck des auftreibenden Polyurethan-Schaumstoffgemisches bis zur Formwandung hin vom Schaumstoff-Gemisch vollständig durchdrungen wird, wodurch nach der Beendigung der Reaktion ein Schaumkörper mit geringem Raumgewicht im Kern (z. B. Rg. = 10 bis Iookglm3) und einem sehr hohen Raumgewicht (z. B. Rg. = 200 bis 800 kgim3) in der Mantelzone entsteht, da der Schaumprozeß durch das Vlies stark behindert wird und damit eine beträchtliche Erhöhung des spezifischen Gewichtes eintritt. Dabei kann die Stärke der Mantelzone je nach dem zu ertragenden Außendruck oder je nach der Größe des herzustellenden Schwimmkörpers von 2 bis 30 mm Stärke ausgebildet werden, indem die Stärke des vorgelegten Vlieses der gewünschten Konstruktion entsprechend gewählt wird und aus einer Lage oder mehreren Lagen gleichen Aufbaues oder verschiedener Dichte bestehen kann. Als Faservliese eignen sich besonders dreidimensionale mechanisch gebundene Faservliese aus Glasfasern, Polyurethanen, Perlon, Acetylcellulose, Lederfasern, Roßhaar oder anderen technischen Fasern. Ferner sind Metallgewebe oder Metallvliese geeignet. Es ist auch möglich, Kombinationen der oben angeführten Vliese oder Gewebe zu benutzen, falls Zonen höherer Festigkeit gewünscht werden.
Eine Vorbehandlung der Vliese mit den Schaumprozeß. stark beschleunigenden Aktivatoren vorzugsweise mit tertiären Aminen ist vielfach zweckmäßig, wodurch die Homogenität der Mantelzone und die Erhöhung des spezifischen Gewichtes dieser Mantelzone gefördert wird.
Es ist erfindungsgemäß möglich, Beschläge aller Art in dem Schwimmkörper anzubringen, wobei diese schon vor dem Schaumprozeß in die Form eingelegt und durch den Schaumprozeß völlig umschlossen und verankert werden. Es ist aber auch möglich, diese Beschläge nachträglich zu montieren, wobei gegebenenfalls die Randzonen durch zusätzliche Vlieseinlagen verstärkt werden oder eventuell sogar bei tief in den Formkörper eindringenden Beschlagteilen der unter der festen Mantelzone liegende Schaumkern mit geringerem Raumgewicht durch örtliche Einlage von festeren Füllklötzen oder Dübeln, z. B. aus schweren Schaumstoffen oder Holz oder Metall, verstärkt wird. Diese Füllkörper werden vor dem Schaumprozeß in der schon mit den Vliesen ausgelegten Form montiert, so daß sie vom-auftreibenden Schaumstoffgemisch völlig umhüllt und fest verankert werden, sobald die Schaumreaktion beendet ist.
Zur Verbesserung der Wasserdichtigkeit des Schwimmkörpers ist es gemäß der Erfindung möglich, vor Eintragen der Vliese in die mit Trennmittel versehene Form eine Vorspritzung der Form mit einem geeigneten reaktionsfähigen Kunststoff vorzunehmen und dann erst die Vliese in der Form zu montieren.
Als Kunststoff-Vorspritzung eignen sich reaktionsfähige Gemische aus hydroxyl- und carboxylgruppenhaltigen Polyestern und Isocyanaten oder Polyesterisocyanaten oder polymerisierbaren Kunststoffsystemen vorzugsweise aus Mischpolymerisaten von Polyestern aus Maleinsäure, Phthalsäure und Glycol mit Styrol oder deren Kombination mit Polyisocyanaten oder vulkanisierbare vorzugsweise wärmesensible Kautschuk-Latex-Systeme, Polyäthylen-Dispersionen oder'Lacke aller Art, auf die frisch oder ausgehärtet die Ausschäumung erfolgen kann. Diese Vorspritzung hat im übrigen den Vorteil, daß die einzulegendenVliese besser fixiert werden können, so daß sie während des Schaumprozesses nicht von der Formwandung abgedrückt werden können und in der angestrebten Mantelzone liegenbleiben.
Ferner gestattet die Erfindung auf der Außenseite auch die zusätzliche Verwendung von Geweben, die mit polymerisierbaren stabilisierten Polyester-Peroxyd-Systemen getränkt sind, die bei Auswahl geeigneter reaktionsfähiger. Polyurethan-Schaumstoff-Gemische zur Endpolymerisation durch den Schäumdruck und die bei diesen Schaumgemischen auftretende hohe Reaktionswärme, die bis zu I80" C ansteigen kann, gelangen. Der Schäumdruck kann bis zu 5 atü ansteigen. Nach diesem Verfahren können sehr hochfeste Außenhäute zusätzlich erzeugt werden, die durch den im spezifischen Gewicht zum Kern hin abnehmenden Schaumstoff so stark gestützt werden, daß sie eine hervorragende Beulfestigkeit besitzen.
Die Verwendung vorimprägnierter stabilisierter Polyester-Glasgewebe kann auch in der Weise erfolgen, daß man zunächst den reinen oberflächlich verstärkten Schaumstoffkern herstellt, der nun zur Erzielung einer auch bei hohen Außendrücken wasserdichten Deckschicht mit Folien solcher präparierter Glasgewebe umwickelt wird, die einer Wärmebehandlung (Ioo bis I20" C) unterworfen werden. In gleicher Weise kann die Umhüllung des Schaumkerns mit imprägnierten Glasgeweben Vorgenommen werden, wobei die Imprägnierung des Gewebes mit Polyesterharzen oder Polyurethan-Kombinationen kurz vor der Umhüllung des Schaumkerns vorgenommen wird.
Gemäß der Erfindung ist es ferner möglich, Hohlkörper herzustellen, indem man einen vorher hergestellten dünnwandigen Hohlkörper aus Metall oder Kunststoff in dem oben beschriebenen Verfahren umschäumt. Es ist auch möglich, derartige Hohlkörper aus- Halb- oder Teilschalen herzustellen, wobei die Halb- oder Teilschalen in dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt werden und zwecks Endmontage mittels Kleber vorzugsweise auf Polyurethanbasis vereinigt werden, wobei die Klebezonen in sich nochmals durch Fasern aus Glas, Metall oder synthetischen Fasern verstärkt werden können.
Die Erfindung gestattet ferner, im Kern voll ausgeschäumter Körper auch andere Werkstoffe aus Me- tall, Holz oder Kunststoff mit einzuschäumen, um eventuell das Gewicht oder den Preis der Schwimmkörper zu beeinflussen oder dem Verwendungszweck anzupassen.
In den Abb. I bis 9 ist die Erfindung weiter erläutert.
Abb. I und 2: I und 2 sind Formhälften, die mit einem Vlies 3 belegt sind, das eventuell durch eine Vorspritzung 4 gut in der Form fixiert ist. Nach Eintrag des SchaumgemischesS in eine Formhälfte und Schließen der Formhälften entsteht ein Körper 6, der aus der vorgespritzten dichten Außenhaut 7, der Mantelzone 8 aus durch Fasern verstärktem schwerem Schaumstoff und dem Schaumkerng von geringem spezifischem Gewicht besteht.
Der Einbau eines Beschlages 10 in einer durch verstärkte Vlieseinlagen II stark verfestigten Zone ist in Abb. 5 und 6 dargestellt, wobei die Kernverstärkung auch in anderer Weise als Dübel 12 z. B. aus Holz ausgebildet sein könnte, der von dem spezifisch leichten Schaumkern I3 voll umschäumt ist. Schwimmkörper als Hohlkörper zeigen die Abb. 7 bis 9, wobei der vorher hergestellte Hohlkörper 15 in die mit Vliesen I6 belegte Form 17 einmontiert und umschäumt wird. Aus Halbschalen I8 kann der Hohlkörper durch Klebung 19 erzeugt werden.
Die Konstruktionen gemäß der Erfindung sind geeignet für Schwimmkörper für die Tiefseefischerei, Schwimmkörper für militärische Zwecke, wie Minen in allen Größen, für Bootskonstruktionen in vollausgeschäumter Bauweise oder in Schalenkonstruktion, für Rettungsringe, Flöße und Rettungswesten.
Beispiel I Für den Schaumprozeß finden schnelltreibende Polyurethan-Schaumstoff-Ansätze folgender Zusammensetzung Anwendung: I00 Volumteile gesättigter Polyester, 3 Volumteile Kieselkreide, 3 Volumteile Aktivator, 65 Volumteile Toluylendiisocyanat oder 100 Volumteile gesättigter Polyester, 3 Volumteile Kieselkreide, 3 Volumteile Aktivator, 70 Volumteile Toluylendiisocyanat.
Bei der Herstellung der Gemische wird der Polyester auf 60° C vorgewärmt und in die auf 40 bis 50° C vorgewärmte Form schlagartig eingetragen. Der Schaumprozeß ist nach ungefähr 10 Minuten abgeschlossen.
Die Vorspritzung der Form für die Befestigung des räumlichen Faservlieses erfolgt mit folgender Mischung: 100 Teile Maleinsäureglycolpolyester, I50 Teile Titandioxyd, 6 Teile einer Peroxydpaste (r: 1 im Dibuthylphthalat), 0,07 Teile Dimethylanilin.
Etwa 2 kg für 1 m2 genügen für die Oberflächenbehandlung.
Dieses Gemisch wird auf Spritzbarkeit mit Methylenchlorid verdünnt und zunächst die Hälfte pro 1 m2 mittels einer Spritzpistole aufgetragen, so daß eine erste Deckschicht entsteht, die unter Infrarotstrahlung vollständig zur Reaktion gebracht wird. Es erfolgt dann der Eintrag der Restmenge der oben beschriebenen Schaumstoffansätze ebenfalls mittels Spritzpistole in mit Methylenchlorid verdünntem Zustand. Auf die noch frische Aufspritzu?g wird das räumlich verfilzte Vlies aufgedrückt. Dann erfolgt sofort der Schaumprozeß, bei dem der schnelitreibende unter hohen Drücken und Temperatur reagierende Schaumstoff das Faservlies durchdringt und gleichzeitig die zweite Formeneinspritzung aushärtet.
Beispiel 2 Zur Bildung der homogenen Deckschicht wird eine Lösung aus einem isocyanat-verlängerten Polyester verwendet, der durch Verlängerung eines linearen aus Adipinsäure-Glycol hergestellten Polyesters mittels Hexamethylendiisocyanat erzeugt wird und Beschleuniger-Komponenten enthält. Dieses Polyester-Isocyanat-Beschleuniger-System wird in Methylenchlorid gelöst und mittels einer Spritzpistole in die entfetteten Formen eingetragen und dann das Vlies aufgelegt.
Der Schaumprozeß erfolgt wie im Beispiel I angegeben.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Schwimmkörper aus Polyurethanschaumstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß er an seiner Oberfläche ein Faservlies enthält und das spezifische Gewicht des Schaumstoffes vom Mantel zum Kern hin abnimmt.
2. Schwimmkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Schaumkern des Schwimmkörpers Füllstoffe, wie poröse Stoffe aus anderen Kunstmassen, Metall, homogene Kunststoffe, Gips, Beton usw., eingeschäumt enthalten sind.
3. Verfahren zur Herstellung von Schwimmkörpern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die zur Herstellung des Formkörpers benutzte Form Vliese oder Vlieskombinationen aus Glasfasern, aus Metallfäden oder aus synthetischen oder natürlichen Fasern eingelegt werden und dann die Form mit dem reaktionsfähigen, schaumstoffbildenden Gemisch aus Polyurethankomponenten und Aktivatoren gefüllt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Faservliese verwendet werden, die mit Stoffen benetzt sind, die den Schaumprozeß beschleunigen.
5. Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor Einlegen der Vliese die mit Trennmittel versehene Form mit reaktionsfähigen Kunststoff-Systemen ausgespritzt wird, wie Mischungen von hydroxyl- und/oder carboxylgruppenhaltigen Polyestern mit Polyisocyanaten oder deren Reaktionsprodukte oder polymerisierbaren Stoffen vorzugsweise aus ungesättigten Polyestern und Vinylverbindungen unter Zusatz von Peroxyden oder deren Kombination mit Polyester-Isocyanaten oder wärmesensiblen Kautschuk-Latex-Systemen oder Polyäthylendispersionen.