Die Erfindung betrifft ein thermisches Isolationsmaterial nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie dessen Verwendung.

Wärme ist eine Energieform die in vielen Prozessen und Anwendungen freigesetzt wird. Solche Prozesse finden beispielsweise in engen räumlichen Grenzen in Kraftfahrzeugen statt. Dadurch kommt es zu Temperaturerhöhungen in Körpern, die daran beteiligt sind. Gleichzeitig müssen hitzeempfindliche Bauteile, Komponenten oder Gegenstände vor der Wärmestrahlung geschützt werden. Hierzu werden im Stand der Technik häufig Hitzeschutzschilde aus Verbundwerkstoffen wie zum Beispiel Metallblech und/oder -folie, Aluminiumgewirke, mineralische Fasern, Gewebe- membran und/oder Vlies eingesetzt, wie zum Beispiel in der DE 102014014831A oder DE 102017007879A beschrieben.

Maßnahmen zur Verbesserung der Abgasqualität bei Kfz. und Nfz. erfordern u.a. den Einbau von Partikelfiltern zur Verhinderung der Emitierung von Feinststaub. Der Betrieb dieser Partikelfilter generiert insbesondere während der Regenerationsphase sehr hohe Objekttemperaturen. Da die Filter relativ groß und die Einbauverhältnisse beengt sind, ist eine wirksame thermische Abschir- mung der Partikelfilter gegenüber anderen Bauteilen erforderlich, um den sicheren Betrieb der Antriebsanlage unter allen Bedingungen zu ermöglichen. Im Falle eines Crashes darf der Parti- kelfilter keine Brände verursachen. Um der beengten Einbausituation Rechnung zu tragen, ist eine gute Umformbarkeit der Abschirmung erforderlich, damit sich die thermische Isolation an die beengten Raumverhältnisse anpassen lässt. Insbesondere sollte die Abschirmung komple- mentär zu dem wärmeabstrahlenden oder zu dem vor Wärmestrahlung zu schützenden Körper formbar und daran anbringbar sein. Eine solche Abschirmung sollte mithin an vielen Stellen an- bringbar sein, wobei sie sich in die vorhandene Anordnung der Bauteile und in die vorhandenen Prozesse einfügen sollte. Außerdem sollte eine solche Abschirmung auch nachträglich einbaubar sein. Eine sichere Abschirmung sollte aus einem selbsttragenden Material bestehen, dass seine Form beibehält, sofern sie nicht unter Anwendung von Kräften zwangsweise verformt wird.

Darüber hinaus darf von der thermischen Isolation kein Beitrag zur Verschlechterung der akusti- schen Performance in Form von Körperschall ausgehen. Aufgrund der engen räumlichen Verhältnisse muss die Abschirmung einen möglichst großen Temperaturunterschied zwischen der der Wärmequelle zugewandten Seite und der der Wärme- quelle abgewandten Seite gewährleisten.

Eine vergleichbare Aufgabenstellung liegt bei den Abdeckungen von Batteriekästen vor, wie sie zunehmend bei E-Fahrzeugen eingesetzt werden. Diese Abdeckungen müssen thermisch gut isolieren, sollen Brände verhindern oder eindämmen, müssen gut verformbar sein und dürfen akustisch nicht auffällig werden.

Diese Aufgaben werden gelöst durch ein thermisches Isoliermaterial, bestehend aus zwei metalli schen Decklagen und einer zwischen den Decklagen angeordneten nichtmetallischen Kern- schicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernschicht viskoelastisch ist und aus einem silikon- haltigen Werkstoff gebildet wird und die Decklagen aus einem eine aluminiumbasierte Beschich- tung aufweisenden Stahlflachprodukt gebildet sind.

Als silikonhaltiger Werkstoff wird ein Werkstoff eingesetzt, der Polysiloxane aufweist oder im We- sentlichen daraus besteht. In einer Ausführung der Erfindung wird ein Silikonklebstoff verwendet. Dieser enthält eine Alternative, insbesondere vor dem Aushärten, mindestens ein Silikonharz und gegebenenfalls mindestens ein Siloxangummi sowie gegebenenfalls mindestens ein Reaktions- addukt aus mindestens einem Siloxangummi und mindestens einem Silikonharz.

Wenn vorliegend von Stahlflachprodukten die Rede ist, so ist darunter beispielsweise ein Stahl band oder ein Stahlblech oder ein aus einem Stahlblech erzeugter Zuschnitt, wie beispielsweise eine Platine, zu verstehen. Unter Platinen werden Blechtafeln verstanden, die in der Regel kom- plexere Umrisse als die Stahlbänder oder Stahlbleche, aus denen sie hervorgehen, aufweisen.

Wenn vorliegend von einem eine aluminiumbasierte Beschichtung aufweisenden Stahlflachpro- dukt die Rede ist, so ist damit ein mindestens auf einer Seite eine aluminiumbasierte Beschich- tung aufweisendes Stahlflachprodukt gemeint. Ein beschichtetes Stahlflachprodukt besteht dem- nach aus einem Stahlsubstrat, welches beispielsweise ein Stahlband oder ein Stahlblech oder ein aus einem Stahlblech erzeugter Zuschnitt, wie beispielsweise eine Platine, sein kann und ei- ner mindestens auf einer Seite des Stahlsubstrats vorhandenen Beschichtung. In einer Alternati ve sind beide Seiten des Stahlsubstrats, mithin der Decklagen, beschichtet. Eine aluminiumbasierte Beschichtung besteht aus reinem Aluminium oder aus einer Aluminium- legierung.

Die Beschichtung kann auf konventionelle Weise, beispielsweise mittels eines Schmelztauchbe- schichtungsprozesses, auf das Stahlsubstrat aufgebracht sein. Weitere Applikationsmethoden, die das Aufträgen einer Beschichtung ermöglichen, sind ebenfalls denkbar. Eine geeignete Be- schichtung, zum Beispiel ein Korrosionsschutzüberzug, ist typischerweise höchstens 50 pm pro Seite dick, bevorzugt 0, 1 bis 50 pm, besonders bevorzugt 1 bis 30 pm, insbesondere 10 bis 30 pm je Seite dick.

Eine Ausführung betrifft ein Isoliermaterial, das körperschalldämpfend ist. Die Dämpfung wird im Sinne der Erfindung über den sogenannten Verlustfaktor ausgedrückt, der nach Norm EN ISO 6721 bestimmt wird. Das erfindungsgemäße Isoliermaterial zeigt einen hohen Verlustfaktor über einem breiten Temperaturbereich, insbesondere einen Verlustfaktor von 0,01-1,0 gemessen bei 500 Hz bei Temperaturen zwischen -20 °C und 130 °C. Bevorzugt weist das Isoliermaterial einen Verlustfaktor von 0,04-0,5, gemessen bei 500 Hz, bei Temperaturen von -20 °C bis 80 °C, be- sonders bevorzugt ein Verlustfaktor von 0,07-0,3, insbesondere 0, 1-0,2 bei Temperaturen von 5° bis 65 °C, auf.

Eine Ausführung betrifft ein Isoliermaterial, das tiefziehbar bzw. tiefziehfähig ist. Im Sinne der Erfindung bedeutet tiefziehfähig, dass die viskoelastische Kernschicht beim Tiefziehen mit den Decklagen fließt und dabei keine Delamination auftritt.

In einer Alternative ist das Isoliermaterial auch streckziehfähig bzw. streckziehbar. Das bedeutet, dass bei der Erichsenprüfung bei Raumtemperatur und/oder bei höheren Temperaturen (zum Beispiel 100 °C) bis zur Versagensgrenze der Decklagen keine Auffälligkeiten, Beschädigungen, und/oder makroskopische Versagensstellen in der Kernschicht verstellbar sind.

Eine weitere Ausführung betrifft ein Isoliermaterial, das nicht brennbar und/oder hitzebeständig ist. Im Sinne der Erfindung ist ein Stoff nicht brennbar, falls er die strengen Kriterien der gern. IMO 2010 FTP Code book, annex 1, Part 1 erfüllt.

Ein Stoff ist hitzebeständig im Sinne der Erfindung, falls er bei hohen Temperaturen alle Anforde- rungen erfüllt. Das Isoliermaterial zeigt keine Veränderung der relevanten Eigenschaften über einen Temperaturbereich von -80 °C bis 250 °C, insbesondere bei kurzzeitigen Temperaturerhö- hungen von bis zu 30 Minuten auf bis zu 300 °C und auch bei Schockbelastung von bis zu 800 °C. Die Kernschicht ist nicht brennbar und thermisch hochbelastbar mit einer Dauerbelastbarkeit von bis zu 400 °C und einer Schockbelastung von bis zu 800 °C.

Das erfindungsgemäße Isoliermaterial ist halogenfrei und setzt aufgrund der Hitzebeständigkeit auch bei hohen Temperaturen keinen Rauch und keine toxischen Abgase frei gemäß IMO 2010 FTP Code book annex 1, Part 2. Außerdem erfolgt auch keine unangenehme Geruchsbildung, auch nicht unter Dauerbelastung.

In einer Ausführung weist das Isoliermaterial Decklagen mit Beschichtungen auf, die aus einer Silizium enthaltenden Aluminiumlegierung bestehen. Geeignete Aluminiumlegierungen bestehen dabei typischerweise aus 3 - 15 Gew.-% Si, bevorzugt 7 - 12 Gew.-% Si, besonders bevorzugt 9

- 10 Gew.-% Si sowie optional einem oder mehreren Elementen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Eisen, anderen Übergangsmetallen als Eisen, Erdalkalimetallen oder Mischungen davon, in folgenden Gehalten: 2 - 3,5 Gew.-% Fe, 0,05 - 2 Gew.-% anderer Übergangsmetalle als Fe, bevorzugt 0, 1 - 0,5 Gew.-% anderer Übergangsmetalle als Fe, besonders bevorzugt 0, 15

- 0,4 Gew.-% anderer Übergangsmetalle als Fe, 0,05 - 2 Gew.-% Erdalkalimetalle, bevorzugt 0, 1

- 0,5 Gew.-% Erdalkalimetalle, besonders bevorzugt 0, 15 - 0,4 Gew.-% Erdalkalimetalle, und als Rest aus Aluminium und unvermeidbaren Verunreinigungen. Bei den Übergangsmetallen wird vorliegend zwischen Eisen und anderen Übergangsmetallen unterschieden, weil Eisen in höheren Gehalten vorhanden sein kann als andere Übergangsmetalle. Eisen, andere Übergangsmetalle und auch Elemente der Gruppe der Erdalkalimetalle führen zu einer dichten, dünnen und decken- den Oxidschicht, die das Eindringen von diffusiblem Wasserstoff reduziert. Als besonders geeig- net haben sich dabei die folgenden Erdalkali- bzw. Übergangsmetalle erwiesen: Mg, Ca, Sr, Ba, Zr und Ti.

Die metallischen Decklagen des Isoliermaterials weisen in einer Ausführung eine Dicke von 0,2 bis 1,0 mm, insbesondere von 0,2 bis 0,75 mm, vorzugsweise von 0,25 bis 0,5 mm und beson- ders bevorzugt von 0,3 mm auf.

Die Kernschicht weist in einer Ausführung eine Dicke von 0,025 bis 1,50 mm, insbesondere 0,02 bis 0,5 mm, bevorzugt 0,025 bis 0,250 mm, insbesondere 0,05 bis 0, 1 mm auf. Die Erfindung betrifft in einer Ausführung ferner ein Isoliermaterial mit einer Kernschicht, die des- oxidative Elemente und/oder desoxidativen Legierungen aufweist, die in der Kernschicht disper giert sind. D. h., die Kernschicht liegt als heterogenes Gemisch vor, in welchem der silikonhaltige Werkstoff als Dispersionsmedium für die als Partikel vorliegenden desoxidativen Elemente und/oder desoxidativen Legierungen vorliegt, die als disperse Phase darin fein verteilt sind. Die desoxidativen Elemente und/oder desoxidativen Legierungen sind mit einem Anteil zwischen 0, 1 und maximal 5 Gew.-% bezogen auf die Kernschicht in der silikonhaltigen Kernschicht disper giert. Um eine ausreichende Haftung zwischen den metallischen Decklagen sicherzustellen, ist der Anteil der jeweiligen desoxidativen Elemente und/oder Legierungen auf maximal 5 Gew.-%, insbesondere auf maximal 3 Gew.-% und vorzugsweise auf maximal 1 ,5 Gew.-% begrenzt.

Der silikonhaltige Werkstoff ist kurzzeitig bis 800°C temperaturbeständig. Bei höheren Tempera- turen, wie sie üblicherweise beim MIG- und MAG-Schweißen gegeben sind, zerfällt das Silizium im silikonhaltigen Werkstoff in sauerstoffhaltiger Atmosphäre wegen seiner hohen Affinität zum Sauerstoff in Siliziumdioxid. Durch die Reaktion des Siliziums mit dem Sauerstoff werden das Ausgasen der Metallschmelze und die Porenbildung im Bereich der Verbindungsnaht deutlich reduziert. Das gebildete Siliziumdioxid lagert sich in Form eines Silikates an der Verbindungsnah- toberfläche (Schweißnahtoberfläche) ab und kann bei Bedarf mechanisch entfernt werden. Durch die desoxidativen Elemente und/oder desoxidativen Legierungen in die silikonhaltige Kernschicht wird während des gesamten Verbindungsprozesses (Schmelzschweißprozess) Sauerstoff abge- bunden u. entweder über die Schweißschmelze in die Schlacke überführt oder aber im Zuge ei- ner sog. Fällungsoxidation in Form fein verteilter, nicht metallischer Einschlüsse (NME) in der Schmelze abgeschieden werden, wodurch eine porenfreie Erstarrung ermöglicht wird.

Um die Sauerstoffabbindung während des Fügeprozesses zu begünstigen, beträgt der Anteil der desoxidativen Elemente und /oder desoxidativen Legierungen mindestens 0, 1 Gew.-%, insbe- sondere mindestens 0,2 Gew.-% und vorzugsweise mindestens 0,25 Gew.-%. Als desoxidative Elemente eignen sich beispielsweise Ca, Mg, AI, Ti, Si, Mn, Cr, Ce, La, Nb, Ta, V und/oder Zn in Form von Partikeln, insbesondere Pulver und/oder Flakes. Als desoxidative Legierungen können beispielsweise Ferrosilizium (FeSi), Ferrocalciumsilizium (FeCa-Si), Ferromangan (FeMn) der sili- konhaltigen Kernschicht zugegeben werden; auch eine Kombination von 2 oder mehreren der oben genannten Stoffe ist in der Kernschicht zu verwenden. Eine weitere Ausführung betrifft ein Isoliermaterial welches Aerogel aufweist, insbesondere Aero- gel in Form von Partikeln, die allerdings in einer Alternative noch eine geschlossene Schicht bil- den können. Ein Aerogel ist als ein offenzeiliger, mesoporöser, solider Schaum definiert, der aus einem Netzwerk von miteinander verbundenen Nanostrukturen besteht. Der Begriff Aerogel be- zieht sich nicht auf eine bestimmte stoffliche Zusammensetzung, sondern auf eine geometrische Anordnung, in welcher eine Substanz vorliegen kann. Es handelt sich mithin um hochporöse, trockene Festkörper mit Porenvolumen von 95 -99,8%, die ein Netzwerk kolloidaler Teilchen mit Porengröße < 1 bis 100 nm bilden. Als Stoffe werden Silica, Carbon, Metall-Oxid oder organische Polymere eingesetzt. Weitere Beschreibung und Definition des Begriffs Aerogel ist in der DE 19537821 (Abs. 1-5, 24) und DE 19834265 (Abs. 1-4, 6, sowie Aerogel hergestellt durch ein Verfahren gemäß Abs. 8) zu finden. Die oben beschriebenen Aerogele können in dem erfin- dungsgemäßen Isoliermaterial eingesetzt werden, bevorzugt wird ein Aerogel aus amorpher Kie- selsäure, insbesondere als Granulat verwendet.

In einer Alternative ist das Aerogel in der Kernschicht dispergiert. In einer weiteren Alternative weist die Kernschicht dispergierte Aerogel-Partikel neben den oben beschriebenen, dispergierten desoxidativen Elementen und/oder Legierungen auf. In einer weiteren Alternative liegt das Aero- gel als Schicht, wie zum Beispiel in der DE 19537821 beschrieben, in dem Isoliermaterial vor. Die Aerogel-Schicht ist zwischen Decklage und Kernschicht abgelegt angeordnet oder auf einer oder beiden Seiten der von der Kernschicht abgewandten Seite der Decklage(n). Bevorzugt ist das Aerogel in der Kernschicht dispergiert oder als Schicht auf der Seite des Isoliermaterials bzw. der Decklage aufgetragen, die der Wärmequelle und der Kernschicht abgewandt ist.

In einer Ausführung enthält die Kernschicht brandhemmende Additive und/oder Chemikalien.

Die Erfindung betrifft in einer Ausführung ferner ein dreidimensional geformtes, wie oben be- schriebenes Isoliermaterial. Dabei ergibt sich die Dreidimensionalität im Sinne der Erfindung nicht aus der Länge, Breite und Höhe des Isoliermaterials, welches auf Stahlfrachtprodukten basiert, sondern auf einer Verformung aufgrund von Krafteinwirkung. Eine Verformung im Sinne der Erfindung erfolgt durch ein dem Fachmann beliebiges, bekanntes Verfahren, bevorzugt ist es ausgewählt aus den Verfahren ausgewählt aus der Gruppe enthaltend oder bestehend aus Tief- ziehen, Streckziehen, Abkanten, Biegen, Rollwalzen, Profilwalzen und Formpressen, insbesonde- re Tiefziehen. Im Wesentlichen ergibt sich mithin die dreidimensionale Form eines verformten, erfindungsgemäßen Isoliermaterials dadurch, dass makroskopisch betrachtet mindestens ein Punkt der Oberfläche des Isoliermaterials nicht in derselben Ebene mit den restlichen Punkten liegt.

Das erfindungsgemäße Isoliermaterial zeichnet sich ferner durch eine gute spezifische Wärmeka- pazität insbesondere in einem hohen, breiten Temperaturbereich aus. Im Einzelnen liegt die spe- zifische Wärmekapazität Cp bei 100 °C zwischen 0,6 und 1,0; bevorzugt zwischen 0,7 und 0,8; bei 250 °C zwischen 0,75 und 1,0; bevorzugt zwischen 0,8 und 0,85; bei 400 °C zwischen 0,8 und 1, 1; bevorzugt 0,9 und 1,0 jeweils J/g/K.

Das erfindungsgemäße Isoliermaterial zeichnet sich ferner durch eine niedrige Wärmeleitfähig- keit, insbesondere in einem hohen und breiten Temperaturbereich, aus. Im Einzelnen liegt diese niedrige spezifische Wärmeleitfähigkeit bei 100 °C zwischen 6,0 und 8,0; bevorzugt 7,0 und 7,5; bei 250 °C zwischen 1,5 und 5,0, bevorzugt 2,0 und 3,0; bei 400 °C zwischen 1,5 und 4,0; be- vorzugt zwischen 2,0 und 2,5 jeweils W/m/K.

Ferner zeigt das erfindungsgemäße Isoliermaterial einen hohen, abfallenden Temperaturgradien- ten zwischen der Seite, die der Wärmequelle zugewandt ist und der Seite, die von der Wärme- quelle abgewandt ist. So beträgt die Temperaturdifferenz zwischen der der Wärmequelle zuge- wandten Seite und der der Wärmequelle abgewandten Seite bei einer Temperatur der der Wär- mequelle zugewandten Seite von 200 °C mindestens 50 °C, bei 500 °C auf der der Wärmequelle zugewandten Seite mindestens 250 °C und bei 800 °C auf der der Wärmequelle zugewandten Seite mindestens 350 °C.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Isoliermaterials wird in einer Alternative die silikonhalti ge Kernschicht in Form einer Folie, vorzugsweise als Klebefolie, zwischen die metallischen Deck- lagen eingebracht werden. Bevorzugt werden dabei in einer Kaschierstation die Decklagen mit der Folie bei Raumtemperatur laminiert. In einer weiteren Alternative wird die Kernschicht in flüs siger Form auf eine oder auf beide Decklagen aufgetragen. Die Beschichtung erfolgt durch ein dem Fachmann beliebiges, bekanntes Verfahren, bevorzugt ist es ausgewählt aus den Verfahren ausgewählt aus der Gruppe enthaltend oder bestehend aus Walzen-, Rakel- und Düsenapplikati on, Coilcoating, Giessen, Aufschleudern, Aufrieseln und Aufblasen, bevorzugt Walzen-, Rakel- und Düsenapplikation sowie Coilcoating. Anschließend wird die beschichtete Decklage mit einer weiteren, gegebenenfalls ebenfalls beschichteten Decklage zu einem Sandwichverbund zusam- mengeführt und die Kernschicht wird gehärtet oder teilgehärtet. Das Isoliermaterial kann ferner dreidimensionale Verformungen, Bohrungen und/oder funktionale Elemente, insbesondere zur Befestigung, aufweisen.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur thermischen Abschirmung eines wärmeabstrahlenden Körpers, umfassend oder bestehend aus folgenden Schritten:

1-1 Bereitstellen eines Isoliermaterials wie oben beschrieben;

1-2 gegebenenfalls Zuschneiden und/oder dreidimensionales Verformen des Isoliermaterials in beliebiger Reihenfolge;

2-1 Befestigen des Isoliermaterials zwischen mindestens einer hitzeerzeugenden Quelle, also des wärmeabstrahlenden Körpers, und einem zu schützenden Element oder Bauteil. Ein zu schützen- des Element kann Teil eines Bauteils oder einer Baugruppe sein.

In einer Alternative erfolgt neben einer thermischen Abschirmung auch eine akustische Abschir- mung.

Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Verwendung des erfindungsgemäßen Isoliermaterials als Abschirmung, Abdeckung, Verkleidung oder Bauteil, insbesondere in Moto- ren, Abgasanlagen, Personenkraftwagen, Nutzfahrzeugen, Lastkraftwagen, Sonderfahrzeugen, Bussen, Omnibussen, gleisgebundenen Fahrzeugen, Schiffen, unter anderem als Kabinenwände und/oder Schiffsverkleidungen, und/oder in architektonischen Bauten, also im Bauwesen, insbe- sondere als Außenfassade, Dachelement und/oder gebäudeinnenliegende Brandschutz- und/oder Akustikwände, - aufbauten oder -decken.

Bevorzugt wird das Isoliermaterial als Hitzeschutzschild eingesetzt, besonders bevorzugt zur Ab- schirmung von Partikelfiltern oder Batteriekästen in Fahrzeugen. Insbesondere bei der Abschir- mung von Partikelfilter sind besondere Erfordernisse zu erfüllen. Im Crash-Fall erhöht sich die Brandgefahr, da es zum unmittelbaren Kontakt zwischen Abschirmung und Partikelfilter kommen kann. Ein Hitzeschutzschild aus dem erfindungsgemäßen Isoliermaterial erfüllt alle Erfordernisse ohne Beschädigung, insbesondere im Dauerbetrieb. Des Weiteren weisen die außen liegenden Oberflächen des Isoliermaterials durch die Beschichtung einen Korrosionsschutz auf, sowie einen Schutz gegen Öle, Fette, flüssige Brennstoffe und/oder Reinigungsmittel, wie sie bei Nutzfahrzeu- gen und Bauten eingesetzt werden.

Im Sinne der Erfindung können auch Kombinationen der oben beschriebenen Ausführungen und Alternativen eingesetzt werden.

Das erfindungsgemäße Isoliermaterial eignet sich für diese Verwendungen insbesondere auf- grund der Kombination seiner Merkmale wie der Formbarkeit, Flitzebeständigkeit, Brandschutz, Körperschalldämpfung sowie Wärmeisolation.