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Die Erfindung betrifft einen aufgeschäumten Formkörper sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
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Zur Herstellung solcher Formkörper werden Partikel, insbesondere kugelförmige Partikel aus expandierbaren Polymeren, beispielsweise expandierbarem Polystyrol (EPS) oder expandierbarem Polypropylen (EPP) verwendet. Die Polymerpartikel werden in einem Formwerkzeug aufgeschäumt, wobei der Partikelschaum den Hohlraum des Formwerkzeugs ausfüllt und somit die gewünschte Gestalt annimmt. Die aufgeschäumten Polymersubstanzen sind sehr leicht und haben eine gute Tragkraft. Sie sind jedoch bruchempfindlich und weisen eine geringe Biege- und Zugfestigkeit auf. Zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften werden aus Partikelschaum bestehende Formkörper bzw. Elemente bisweilen durch Auflaminieren eines Trägers aus Pappe, Papier oder einer geeigneten Kunststofffolie verstärkt.
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Die
EP 0 669 195 B1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers, bei dem ein Polymerschaum von einem Trägermaterial umgeben ist. Als Trägermaterial wird eine Polymerfolie eingesetzt. Dabei wird in einem ersten Verfahrensschritt eine Bindungsschicht auf das Trägermaterial aufgebracht, welches in einem Formwerkzeug so angeordnet wird, dass es einen Hohlraum umschließt. Die Bindungsschicht ist dem auszuschäumenden Hohlraum zugewandt. Anschließend wird der Hohlraum mit einer Polymersubstanz ausgeschäumt, wobei die Polymersubstanz an die Bindungsschicht gelangt und an dieser haftet.
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In der
DE 101 50 678 A1 wird ein Formkörper beschrieben, der einen Kern aus Kunststoff-Partikelschaumstoff und mindestens eine außenseitige Verstärkungsschicht aufweist. Die Verbindung zwischen dem aufgeschäumten Kern und den Verstärkungsschichten erfolgt durch Erwärmung von einer der beiden Oberflächen der zu verbindenden Teile und anschließendem Verpressen. Zur Verbesserung dieser Verschweißung wird eine Folie zwischen Kunststoff- und Verstärkungsschicht eingebracht. Alternativ erfolgt die Verbindung zwischen dem Kunststoffschaumkern und der Verstärkungsschichten durch Verkleben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen aus einem Partikelschaum gefertigten Formkörper anzugeben, der bei geringer Dichte verbesserte mechanische Eigenschaften aufweist. Insbesondere soll der Formkörper eine hohe Biegefestigkeit aufweisen, die von der Belastungsrichtung weitgehend unabhängig ist. Des Weiteren befasst sich die Erfindung mit einem Verfahren zur Herstellung des Formkörpers, das sich durch Bereitstellen und Verwendung eines geeigneten Vorproduktes auf einfache Weise kostengünstig durchführen lässt.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Formkörper mit einer Sandwichstruktur, die mehrere Schichten aus einer aufgeschäumten Polymersubstanz und zwischen diesen Schichten angeordneten Trennschichten aus mindestens einer Materialbahn aufweist. Durch die erfindungsgemäße Sandwichstruktur lassen sich wesentliche höhere Festigkeiten erreichen als bei herkömmlichen Polymerschaumkörpern.
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Vorzugsweise ist die Sandwichstruktur aus mehreren Lagen eines Laminats gebildet, das einen Träger aus mindestens einer Materialbahn und einer mit der Materialbahn verbundenen Schicht aus expandierbaren Polymerpartikeln aufweist. Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist das Laminat zwei Materialbahnen als Träger und eine mit den Materialbahnen verklebte Zwischenschicht aus den expandierbaren Polymerpartikeln auf. Die Verklebung erfolgt zweckmäßig mittels eines PSA-(pressure sensitive adhesive)Klebers oder eines Hotmelt-Klebstoffes. Dieser erweicht durch den Energieeintrag beim Schäumen und behindert nicht die Expansion der Polymerpartikel. Sowohl PSA-Kleber als auch Hotmelt-Klebstoff erweichen durch den Energieeintrag beim Aufschäumen durch die damit verbundene Erwärmung reversibel und werden nachfolgend durch das Abkühlen auch wieder fest. Der Erweichungspunkt, also die Auswahl und Abmischung des Klebstoffes, müssen auf den Aktivierungsprozess, das heißt den Energieeintrag und die damit verbundene Erwärmung beim Aufschäumen, abgestimmt sein.
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Die Sandwichstruktur des Formkörpers kann durch Rollen des Folienlaminats oder durch mehrlagiges Falten des Laminats gebildet werden. Sowohl durch Rollen als auch durch Falten des Folienlaminats entsteht eine Sandwichstruktur, die sich durch eine hohe und in Belastungsrichtung weitgehend unabhängige Biegefestigkeit auszeichnet.
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Die Materialbahn kann aus einem Nonwoven, Gewebe, Gewirke, Gestricke oder Papier bestehen. Die genannten Materialien sind im besonderen Maße als Trenn- und Trägerschichten für die expandierbaren Polymerpartikel geeignet. Bei dem Expandieren der Polymerpartikel können diese in einem gewisse Maße auch in die fasrigen und zum Teil textilartigen Materialien eindringen, wodurch eine sehr gute Verbundfestigkeit erreicht wird. Bei einer offenporigen Struktur kann je nach Ausgestaltung sogar eine weitgehende Durchtränkung und damit eine sehr gleichmäßige Anordnung der expandierten Polymerpartikel verwirklicht werden. Dadurch, dass die genannten Materialien nicht gasdicht sind, kann bei der Expansion der Polymerpartikel auch eine gewisse Entlüftung erreicht werden, so dass größere Luftblasen oder dergleichen vermieden werden können. Wenn die expandierbaren Polymerpartikel gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung mit Klebstoff an der Materialbahn befestigt sind, kann auch der Klebstoff in einem gewissen Maße durch die Poren hindurchtreten, wobei an beiden Seiten der Materialbahn ein Beitrag zu einer Erhöhung der Verbundfestigkeit erreicht wird. Um eine besonders gute Festigkeit zu erzielen, kann als Gewebe beispielsweise ein Gewebe aus Folienbändchen eingesetzt werden.
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Die Materialbahn zur Bildung der Trennschichten innerhalb der Sandwichstruktur kann des Weiteren aus einer polymeren Monofolie, einer mehrschichtigen Coextrusionsfolie oder einem Kaschierverbund bestehen, wobei der Kaschierverbund Schichten aus unterschiedlichen Polymeren oder Kombinationen aus Polymerfolien, Metallfolien, textilen Schichten aus Verstärkungsfasern oder dergleichen umfassen kann.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Sandwichstruktur von einer Hülle umgeben, wobei die Hülle aus einer Kunststofffolie und insbesondere einer Schlauchfolie bestehen kann. Durch die Hülle werden die Polymerpartikel in ihrer Expansion begrenzt. Dadurch entsteht ein harter, biegefester Stab mit den Abmessungen der Hülle. Die Hülle kann aus einer Monofolie, einer mehrschichtigen Coextrusionsfolie oder einem Folienlaminat bestehen.
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Der erfindungsgemäße Formkörper eignet sich für hochfeste Konstruktionsbauteile oder tragende Bauteile z. B. für den Automobil- oder Baubereich, die bei gleicher Stabilität wesentlich leichter sind als Kunststoffteile oder gegenüber vergleichbaren Formkörpern aus Partikelschaum eine höhere Festigkeit aufweisen. Der erfindungsgemäße Formkörper kann allein oder als Hybridbauteil in Kombination mit anderen Werkstoffen, wie z. B. Metallen, verwendet werden. Leichtbauteile unter Verwendung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Formkörpers können mit anderen Teilen stoffschlüssig, z. B. durch Ultraschallschweißen, verbunden werden. Es besteht auch die Möglichkeit andere Teile durch das Aufschäumen formschlüssig an den Formkörper zu befestigen bzw. zumindest teilweise darin einzubinden.
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Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren nach Anspruch 8 zur Herstellung des beschriebenen Formkörpers. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Laminat, welches einen Träger aus mindestens einer Materialbahn und eine mit dem Träger verbundene Schicht aus expandierbaren Polymerpartikeln aufweist, in mehreren Lagen in einer Form oder einer formgebenden Hülle angeordnet. Anschließend werden die Polymerpartikel durch Energiezufuhr aufgeschäumt. Das verwendete Laminat weist vorzugsweise zwei Materialbahnen und eine aus den expandierbaren Polymerpartikeln bestehende Zwischenschicht auf. Die expandierbaren Polymerpartikel werden mit den Materialbahnen verklebt, wobei vorzugsweise ein PSA-Kleber oder Hotmelt-Klebstoff verwendet wird, der bei Erwärmung erweicht und die Expansion der Polymerpartikel nicht behindert, wenn das Laminat durch Energiezufuhr aufgeschäumt wird. Nach dem Erkalten verfestigt sich der Klebstoff wieder.
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Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Laminat als Vorprodukt vorbereitet, welches noch nicht expandierte Polymerkügelchen aufweist, die vorzugsweise zwischen zwei Materialbahnen eingebettet sind. Die Laminatbahn nimmt nur ein geringes Volumen ein und kann daher kostengünstig gelagert, transportiert und in anderen Betriebsstätten zu Formkörpern weiterverarbeitet werden. Da die expandierbaren Polymerpartikel zwischen den Materialbahnen eingeschlossen sind, sind sie beim Transport geschützt, so dass keine Ablösung der Partikel erfolgt. Die Laminatbahn kann angefasst werden, ohne dass das zuständige Personal mit der noch nicht aufgeschäumten Polymersubstanz in Kontakt kommt.
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Zur Weiterverarbeitung wird das Laminat in eine Form eingebracht und/oder in einer formgebenden Hülle angeordnet. Sodann werden die zwischen den Materialbahnen eingeschlossenen Polymerpartikel durch Energiezufuhr aufgeschäumt, wobei die mehrlagige Anordnung des Laminats den von der Form und/oder Hülle umschlossenen Hohlraum ausfüllt. Da die Laminatbahn erst in der Endanwendung aufgeschäumt wird, können Lager- und Transportkosten gesenkt werden. Gleichzeitig lässt sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein äußerst stabiler und leichter Formkörper herstellen.
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Die mehrlagige Anordnung des Laminats kann durch Aufrollen oder Falten einer Laminatbahn gebildet werden. Durch die Anordnung der aufgerollten bzw. gefalteten Laminatbahn zwischen zwei thermisch nicht verformbaren Halbschalen können Formkörper gefertigt werden, die von einfachen geometrischen Grundformen abweichen. Die Anzahl der benötigten Lagen der Laminatbahn richtet sich nach der Größe des Hohlraums und wird so gewählt, dass nach dem Aufschäumen der gesamte Hohlraum von dem expandierten Laminat ausgefüllt wird. Beim Falten der Laminatbahn können auch Knickstellen erzeugt werden, die beim nachfolgenden Aufschäumen des Laminats nicht expandieren. Dadurch können Formkörper mit "Scharnieren" erzeugt werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsvariante des Verfahrens sieht vor, dass das Laminat in mehreren Lagen in einer Hülle angeordnet wird. Als Hülle eignet sich insbesondere eine Schlauchfolie. Das Laminat wird beispielsweise aufgerollt und in die Hülle eingeschoben oder mit einer Folie umwickelt, die durch eine mantelseitige Verbindungsnaht zu einer Hülle verschlossen wird. Anschließend erfolgt die Aufschäumung der Polymerpartikel durch Energiezufuhr. Beim Aufschäumen füllt die aufgerollte Laminatbahn einen Hohlraum aus, der durch die Hülle begrenzt wird. Durch die Hülle werden die Polymerpartikel in ihrer Expansion begrenzt. Dadurch entsteht ein harter Stab mit den Abmessungen der Hülle. Innerhalb der Hülle ist die aufgeschäumte Laminatbahn spiralförmig angeordnet. Die spiralförmige Anordnung bewirkt eine Unabhängigkeit der Biegefestigkeit von der Belastungsrichtung, sofern die Belastung senkrecht zur Längsachse erfolgt.
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Wie zuvor beschrieben, kann durch die Form der Hülle bei einer ansonsten freien Expansion die Endform des Formkörpers vorgegeben werden. Darüber hinaus ist eine Hülle aber auch einsetzbar, wenn die Expansion zwischen zwei thermisch nicht verformbaren Halbschalen oder einer entsprechenden Kavität erfolgt. So ist es beispielsweise möglich, Deckfolien oder eine dehnbare Hülle einzusetzen, die bei der Expansion üblicherweise durch Dehnung des Materials an die Wand der Form gedrückt werden. Dadurch ist es beispielsweise möglich, eine besonders hochwertige, vollständig geschlossene Oberfläche zu erzeugen.
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Damit das beim Aufschäumen bestehende und aus dem Hohlraum zu verdrängende Gas weichen kann, erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Hülle luftdurchlässig ist. Die Hülle wird daher vorzugsweise mit Öffnungen, z. B. Löchern oder Schlitzen versehen, durch die das Gas beim Aufschäumen entweicht. Auch die Materialbahn, die innerhalb der sandwichartigen Struktur des Formkörpers Trennschichten bildet, wird vorzugsweise mit Öffnungen versehen, durch die Gas beim Aufschäumen entweichen kann, sofern nicht ohnehin Öffnungen der Poren vorhanden sind.
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Die Energiezufuhr für das Aufschäumen kann beispielsweise durch Wasserdampf oder Laserstrahlung erfolgen. Als besonders vorteilhaft erweist sich eine Energiezuführung mittels Mikrowellenstrahlung.
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Das Aufschäumen mittels Mikrowellenstrahlung erweist sich als besonders effektiv, wenn Wasser in das Laminat und/oder zwischen die Lagen der mehrlagigen Anordnung des Laminats eingebracht wird, bevor die Polymerpartikel durch Energiezuführung aufgeschäumt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden bei der Herstellung des Laminats die noch nicht expandierten Polymerpartikel auf der mit Kleber beschichteten Folie aufgetragen und anschließend mit Wasser besprüht. Danach wird eine zweite kleberbeschichtete Folie aufgebracht. Ergänzend oder alternativ kann Wasser beim Aufrollen oder Falten der Laminatbahn zwischen die zueinander benachbarten Lagen der Laminatbahn eingebracht werden. Das Wasser nimmt beim Aufschäumen die Mikrowellenenergie auf. Dies führt zu einem gleichmäßigen Energieeintrag über den gesamten Querschnitt des Formkörpers. Durch das Aufrollen und/oder Falten der Laminatbahn in Kombination mit einem Energieeintrag durch Mikrowellenstrahlung gelingt ein besonders gleichmäßiges Aufschäumen der Polymerpartikel und resultiert eine besonders homogene Struktur des Formkörpers.
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Wenn das Aufschäumen mittels Mikrowellenstrahlung erfolgt, kann zusätzlich oder alternativ Wasser auch in gebundener Form zugeführt werden. So ist es beispielsweise möglich, bei der Herstellung der Laminatbahn Gele oder Partikel, in denen Wasser gebunden ist, mit aufzubringen. Beispielsweise können Partikel aus superabsorbierendem Polymer in den Klebstoff eingebracht werden. Des Weiteren ist die Zuführung von Wasser oder Wasserdampf auch unmittelbar bei oder vor dem Aufschäumen möglich.
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Bei einem Aufschäumen durch Mikrowellen ergibt sich bei Wasser bzw. Wasserdampf als Aktivierungsmedium der Vorteil, dass die Erwärmung bei einer kontrollierten Zuführung der Mikrowellenenergie auf etwa 100 °C begrenzt werden kann. Dadurch kann vermieden werden, dass der gebildete Schaum durch zu hohe Temperaturen kollabiert, was insbesondere bei EPS eintreten kann. Grundsätzlich sind aber auch andere Materialien wie Russ denkbar, die auch Mikrowellenstrahlung reagieren.
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Das zur Herstellung des Formkörpers verwendete Laminat kann als Endlosbahn gefertigt werden. Für die Herstellung eines Formkörpers wird die benötigte Bahnlänge zugeschnitten. Die Zuschnitte werden gerollt oder gefaltet und in einem Formwerkzeug und/oder einer Folienumhüllung angeordnet. Anschließend erfolgt das Aufschäumen.
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Wie zuvor beschrieben, werden die expandierbaren Polymerpartikel vorzugsweise mit Klebstoff auf die Materialbahn aufgebracht. Um bei dem Rollen oder Falten der Zuschnitte eine Verklebung der Laminatabschnitte untereinander zu erreichen, kann das Laminat vor dem Aufrollen oder Falten zumindest einseitig mit einem Kleber beschichtet, insbesondere besprüht werden. Wenn die Materialbahn aus einem textilen Material, einem Nonwoven oder einer mit Öffnungen versehenen Folie besteht, kann auch der zur Befestigung der expandierbaren Polymerpartikel vorgesehene Klebstoff durch diese Öffnungen und Poren hindurchtreten, wodurch einander angrenzende Laminatabschnitte verklebt werden. Gegebenenfalls kann auch eine größere Klebstoffmenge eingesetzt werden als für die Fixierung der aufschäumbaren Polymerpartikel notwendig ist.
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Die Eigenschaften des Formteils können auf unterschiedliche Weise beeinflusst werden. Beispielsweise kann durch die Auswahl der eingesetzten aufschäumbaren Polymerpartikel und/oder die Art des Energieeintrages die Schaumpartikelgröße variiert werden. Des Weiteren kann die Menge der auf eine Materialbahn aufgebrachten aufschäumbaren Polymerpartikel verändert werden. Durch diese Maßnahmen kann die Dicke des Laminates und damit auch das Verhältnis von Schaum zur Lagenzahl verändert werden. Dadurch ergibt sich ein direkter Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften. Zusätzlich werden die Festigkeitseigenschaften auch durch die Auswahl der Materialbahn beeinflusst. Je nach Anwendungsfall können beispielsweise steife Materialbahnen eingesetzt werden, um hochfeste Formkörper zu bilden. Des Weiteren kann der Formkörper aber auch mit einer gewissen Elastizität versehen sein. Schließlich kann die Oberflächenbeschaffenheit durch eine zusätzliche Deckschicht in Form einer Hülle gemäß den jeweiligen Erfordernissen angepasst werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen und aus den Zeichnungen selbst. Es zeigen schematisch
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1 den Querschnitt einer Laminatbahn, die als Vorprodukt zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Formkörpers verwendet wird,
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2 eine spiralförmige Anordnung der Laminatbahn innerhalb einer Folienhülle,
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3 den Querschnitt durch einen Formkörper, der durch Aufschäumen der in 2 dargestellten Anordnung hergestellt wurde,
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4 eine gefaltete Laminatbahn innerhalb eines Formwerkzeuges,
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5 den Schnitt durch den Formkörper, der durch Aufschäumen der in 4 dargestellten Anordnung gebildet wurde, und zwar nach der Entformung aus dem Formwerkzeug.
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Die 1 zeigt ein Laminat, das zwei Polymerfolien als Träger und eine Zwischenschicht aus expandierbaren Polymerpartikeln 3 aufweist. Die Polymerfolien 2, 2' bestehen beispielsweise aus einer Monofolie aus Polyethylenterephthalat (PET, OPET) oder einem mehrschichtigen Laminat, z. B. aus PET/PE.
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Zur Herstellung des Laminats 1 wird auf eine erste Polymerfolie 2 eine Kleberschicht 4 aufgebracht, die aus einem PSA-Kleber (pressure sensitive adhesive) besteht. Auf die mit PSA-Kleber beschichtete Polymerfolie 2 werden nicht expandierte Polymerpartikeln 3 aufgetragen, wobei als Polymerpartikel insbesondere EPS-Kügelchen und/oder EPP-Kügelchen verwendet werden. Die Polymerpartikel 3 werden anschließend mit Wasser besprüht und schließlich mit einer zweiten kleberbeschichteten Polymerfolie 2' abgedeckt, so dass die Polymerpartikel 3 zwischen den beiden Kleberschichten 4 eingebettet sind. Anstelle des Besprühens mit Wasser kann auch ein Material als Beimischung zugeführt werden, in dem Wasser gebunden ist. Dazu besteht die Möglichkeit, entsprechende Partikel in den Kleber einzumischen. Dabei kann es sich beispielsweise um Gele, superabsorbierende Polymerpartikel mit aufgenommenem Wasser oder dergleichen handeln. Im Rahmen einer solchen Verfahrensführung entfällt das Besprühen mit Wasser und der Umgang mit einem nassen Laminat. Das gebundene Wasser kann noch über einen langen Zeitraum gelagert werden, wobei eine unmittelbare Weiterverarbeitung nicht notwendig ist. Durch die Zuführung von in Partikeln gebundenem Wasser kann dieses auch besonders gleichmäßig verteilt werden. Wenn derartige Partikel in den Kleber eingemischt sind, ergibt sich bei der nachfolgend beschriebenen bevorzugten Erwärmung mittels Mikrowellen auch der Vorteil, dass die Wärmeerzeugung genau in dem Bereich erfolgt, in dem die expandierbaren Polymerpartikel 3 angeordnet sind.
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Wie zuvor beschrieben, kann bei einer Erwärmung mittels Mikrowellen Wasser vorher aufgesprüht oder in Partikel eingebunden zugeführt werden. Wenn die äußere Hülle mit Öffnungen versehen ist, kann alternativ oder zusätzlich auch nachträglich noch Wasserdampf eingesprüht, das heißt, das Laminat bewässert werden. Die nachträgliche Zuführung von Wasser oder Wasserdampf ist auch bei der nachfolgend beschriebenen Herstellung des Formkörpers in einem Formwerkzeug 9 möglich.
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Das Laminat 1 wird aufgerollt und in einer Hülle 5 angeordnet (2). Die Hülle 5 besteht im Ausführungsbeispiel der 2 aus einer Folie und schließt einen Hohlraum ein, in dem das Laminat 1 mehrlagig angeordnet ist. Jede Lage der Laminatbahn besteht aus zwei Polymerfolien 2, 2', zwischen denen die expandierbaren Polymerpartikel 3 angeordnet sind.
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In einem nächsten Verfahrensschritt werden die Polymerpartikel 3 durch Energiezufuhr aufgeschäumt. Die Energiezufuhr erfolgt in Form von Mikrowellenstrahlung. Die Mikrowellenstrahlung regt das auf die Polymerpartikel 3 aufgebrachte Wasser an, so dass eine Erwärmung und somit eine Expansion der Polymerpartikel 3 erfolgt. Die 3 zeigt einen Querschnitt durch den Formkörper 6, nach dem die Polymerpartikel 3 der spiralförmig aufgerollten Laminatbahn 1 aufgeschäumt wurden. Der Formkörper 6 weist eine Sandwichstruktur auf, die mehrere Schichten 7 aus einer aufgeschäumten Polymersubstanz und dazwischen angeordneten Trennschichten 8 aufweist. Die Trennschichten 8 bestehen aus den Polymerfolien 2, 2' des Laminats 1. Die Folienhülle 5 umgibt die Sandwichstruktur des Formkörpers 6 und bildet eine Mantelfläche des Formkörpers. Optional kann die Sandwichstruktur des Formkörpers 6 auch mit der Folienhülle 5 verklebt sein, wenn in dem Verbindungsbereich zuvor ein Klebstoff aufgebracht ist. So ist es beispielsweise möglich, die gesamte Laminatbahn zumindest einseitig mit Klebstoff zu beschichten, wodurch auch innerhalb der Sandwichstruktur die Verbundfestigkeit weiter erhöht wird.
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Sowohl die Hülle 5 als auch die Polymerfolien 2, 2' enthalten Öffnungen, die in den Figuren nicht dargestellt sind. Bei den Öffnungen kann es sich um Perforationen und/oder Schlitze handeln, durch welche die beim Expansionsvorgang entstehenden und verdrängten Gase entweichen. Bei einem Nonwoven, textilen Material oder Papier ist die zusätzliche Erzeugung von Perforationen üblicherweise nicht notwendig.
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Die Polymerfolien 2, 2' innerhalb der Sandwichstruktur unterstützen die Festigkeit des Bauteils. Ihre spiralförmige Anordnung bewirkt zudem eine Unabhängigkeit der Biegefestigkeit von der Belastungsrichtung. Durch die Auswahl der Polymerfolien 2, 2', die als Trennschichten 8 innerhalb der Sandwichstruktur Verwendung finden, die Festlegung des Materials für die äußere Hülle 5 sowie die Menge der aufschäumbaren Polymersubstanz 3 können die Dichte des Formkörpers 6 sowie die mechanischen Eigenschaften des Formkörpers 6 beeinflusst werden.
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Die 4 zeigt ein Formwerkzeug 9, das einen Hohlraum umschließt. Im Hohlraum des Formwerkzeugs 9 ist ein Laminat 1 in mehreren Lagen angeordnet. Das Laminat 1 hat den in 1 dargestellten Schichtenaufbau. Die mehreren Lagen des Laminats 1 werden durch Falten einer Laminatbahn gebildet.
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Nach dem Einbringen des Laminats 1 in das Formwerkzeug 9 werden die Polymerpartikel 3 des Laminats 1 durch Energiezufuhr aufgeschäumt. Die Polymerpartikel 3 expandieren zwischen den Polymerfolien 2, 2', bis der Hohlraum des Formwerkzeuges 9 vollständig ausgefüllt ist. Beim Aufschäumen gebildetes und verdrängtes Gas wird durch Öffnungen 10 des Formwerkzeuges 9 abgeleitet. Auch die Polymerfolien 2, 2' des Laminats 1 weisen zweckmäßig nicht dargestellte Öffnungen auf, durch die Gas beim Aufschäumen entweichen kann.
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Die 5 zeigt einen Querschnitt durch den nach dem beschriebenen Verfahren gebildeten Formkörper 11, nachdem er aus dem Formwerkzeug 9 entnommen wurde. Der Formkörper 11 weist im Querschnitt eine Sandwichstruktur auf, die aus mehreren Lagen des aufgeschäumten Laminats besteht. Die einzelnen Schichten der Sandwichstruktur haften fest aneinander und bilden einen Verbund.
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Versuchsergebnisse
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Die Tabelle 1 zeigt Messergebnisse an zylindrischen Formkörpern gleicher Länge, die jeweils einen Durchmesser von ca. 22 mm aufweisen und an ihren Enden in einer Prüfapparatur abgestützt wurden. Gemessen wurde die von den Prüflingen aufgenommene maximale Biegekraft, die in der Stabmitte zwischen den Auflagern in Querrichtung zur Stablängsrichtung auf den Prüfling aufgebracht wurde.
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Die in den Versuchen 1 bis 4 der eingesetzten Prüflinge weisen einen Querschnitt entsprechend der Darstellung in 3 auf. Die Sandwichstruktur wurde durch Rollen eines Folienlaminats gebildet und ist von einer Folienhülle umgeben. Das Material der Folienhülle wurde variiert. Es wurden Verbundmaterialien eingesetzt, deren Schichtenaufbau und deren Schichtdicke in der Tabelle 1 angegeben ist. Das zur Herstellung des Formkörpers verwendete Laminat hatte den Laminataufbau PET (12 μm) / PSA-Kleber / EPS / PSA-Kleber / PET (12 μm).
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Dem Versuch Nr. 5 liegt ein Formkörper zugrunde, der unter Verwendung desselben Laminats in einem Formwerkzeug aufgeschäumt wurde und keine Folienumhüllung aufweist.
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Versuch Nr. 6 bezieht sich auf einen Referenzversuch an einem mit einer Folienumhüllung gemäß Versuch Nr. 3 gebildeten EPS-Schaumkörper ohne Sandwichstruktur.
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Die Versuchsergebnisse der Tabelle 1 belegen, dass Formkörper mit einer erfindungsgemäße Sandwichstruktur eine deutlich höhere Biegebelastung aushalten als ein EPS-Formkörper nach dem Stand der Technik. Ferner zeigen die Versuchsergebnisse in der Tabelle 1, dass die Verwendung einer Folienhülle die Stabilität des Formkörpers zusätzlich steigert. Tab. 1
| Versuch Nr | Sandwich-struktur | Folienhülle | Fmax [N] |
| Materialverbund | Schichtdicke (μm) | |
| 1 | ja | PET / Alu / PP | 12 / 8 / 65 | 138,9 |
| 2 | ja | PET / PE | 12 / 165 | 152,6 |
| 3 | ja | PET / PE | 12 / 80 | 130,5 |
| 4 | ja | PET / PET / PE | 12 / 12 / 120 | 149,7 |
| 5 | ja | Ohne Folienhülle | 105,4 |
| 6 | nein | PET / PE | 12 / 80 | 51,2 |
Versuch 1–5: Sandwichstruktur durch gerolltes Laminat
Laminataufbau: PET 12 μm / PSA / EPS / PSA / PET 12 μm
Versuch 6: Referenzversuch mit EPS-Schaumkörper ohne Sandwichstruktur
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0669195 B1 [0003]
- DE 10150678 A1 [0004]