DE3811778A1 - Thermoformable integral composite material and process for its production - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein wärmeformbares integrales Ver bundmaterial bzw. Verbundwerkstoff sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Warmverformung von dreidimensiona len Formkörpern, wie etwa Dachverkleidungen von Kraft fahrzeugen.The invention relates to a thermoformable integral Ver bundle material or composite material and a process for making the same. In particular relates the invention on the thermoforming of three dimensions len moldings, such as roof cladding by Kraft vehicles.
In der Vergangenheit sind viele Dachverkleidungen bzw. Deckenverkleidungen von Fahrzeugen aus glasfaserver stärktem Polyesterharz in einem sog. Aufbauformverfahren im Unterschied zur Warmverformung hergestellt worden. Hierbei ist es bekannt, einen solchen Gegenstand aus glasfaserverstärktem Polyesterharz auf einer starren Urethanform zu laminieren und durch ein weiches Ure thanstützgewebe zu bedecken. Derartige Dachverkleidun gen bzw. Deckenauskleidungen wirken allerdings in Art eines Resonanzbodens, wodurch das Innere des Fahrzeugs lauter wird. Ferner ist das Aufbau-Formver fahren (lay up molding process) kostenintensiv.In the past, many roof panels or Ceiling cladding for vehicles made of fiberglass strengthened polyester resin in a so-called Difference to the hot forming has been produced. It is known to make such an object glass fiber reinforced polyester resin on a rigid Laminate urethane form and through a soft ure to cover support fabric. Such roof cladding However, ceilings or ceiling linings work in Kind of a soundboard, which means the inside of the Vehicle gets louder. Furthermore, the build-form ver driving (lay up molding process) costly.
Es ist versucht worden, den plattenartigen Cha rakter (boardiness) der Deckenverkleidungen aus Glasfaserharz und das Erfordernis des Aufbau-Form verfahrens dadurch zu vermeiden, daß man ein Laminat warm verformt hat, welches besteht aus einer stei fen, strukturellen, noch wärmeformbaren Polystyrol- Schaumstofflage und Lagen aus Hartpapier oder einem polymeren Film, der an jeder Seite des Schaumstoffelements angebunden ist. Dieses Laminat ist mit einem weichen Polyurethandeckgewebe bedeckt. The plate-like cha has been tried character (boardiness) of the ceiling panels Glass fiber resin and the requirement of the construction form process by avoiding a laminate deformed warm, which consists of a stone structural, thermoformable polystyrene Foam layer and layers of hard paper or a polymeric film on each side of the Foam element is attached. This laminate is covered with a soft polyurethane cover fabric.
Die Warmverformung ist gegenüber dem Aufbau-Formver fahren kostenwirksam. Ein Laminat aus einem steifen Polystyrolelement mit Hartpapier oder einem Polymer film, welcher an beiden Seiten angebunden ist, kann ohne weiteres durch eine Massenherstellung auf einer automatischen Anlage hergestellt, zu Tafeln geschnit ten, in einer entsprechenden Einrichtung zur Warmver formung erhitzt und unter Vakuum verformt werden. Allerdings haben derartige Deckenverkleidungen noch keine ausreichenden schallabsorbierenden Eigenschaf ten, da das Hartpapier dazu neigt, den Schall mehr zu reflektieren als zu absorbieren.The hot deformation is compared to the build-form drive cost-effectively. A stiff laminate Polystyrene element with hard paper or a polymer film, which is connected on both sides, can easily by mass production on one automatic system, cut into sheets ten, in a corresponding facility for warming molding heated and deformed under vacuum. However, such ceiling panels still have insufficient sound-absorbing properties ten, since the hard paper tends to increase the sound to reflect than to absorb.
Es ist zwar versucht worden, das Hartpapier oder den polymeren Film von solchen Laminaten zu entfernen und durch eine Lage aus ungewebtem Material auf einer oder beiden Seiten des steifen Polystyrol-Schaumstoffele ments zu ersetzen, um bessere schallabsorbierende Eigenschaften zu erreichen. Eine Schwierigkeit bei derartigen Versuchen bestand jedoch darin, daß die Deckenverkleidungen von Kraftfahrzeugen relativ ho hen Umgebungstemperaturen, etwa von 85 Grad Celsius standhalten müssen. Die bekannten Poystyrol- Schaumstofflaminate neigen jedoch zu einer Delaminie rung und/oder einem Durchhängen bzw. Durchsacken, wenn sie derart hohen Temperaturen ausgesetzt werden.It has been tried, the hard paper or the to remove and remove polymeric film from such laminates a layer of non-woven material on one or both sides of the rigid polystyrene foam to replace better sound absorbing To achieve properties. A difficulty with Such attempts, however, consisted in the fact that Ceiling panels of motor vehicles relatively ho hen ambient temperatures, about 85 degrees Celsius have to withstand. The well-known poystyrene Foam laminates, however, tend to delaminate tion and / or sagging or sagging, when exposed to such high temperatures.
Mögliche Lösungen für das Problem des Durchsackens wären:Possible solutions to the sagging problem would be:
- 1) der Einsatz eines mit höherer Temperatur geschäumten Polymers und/oder 1) the use of a higher temperature foamed polymer and / or
- 2) Laminierung eines ungewebten Materials auf das Polystyrolschaumstoffelement, welches Poly mere Bindemittel mit Erweichungstemperaturen oberhalb 85 Grad Celsius besitzt.2) Laminating a non-woven material the polystyrene foam element, which poly mere binders with softening temperatures above 85 degrees Celsius.
Ein Nachteil der Verwendung eines gegenüber höheren Temperaturen widerstandsfähigen Polymers besteht je doch darin, daß das Schaumstoffelement schwieriger in dreidimensional geformte Gegenstände warmverformt werden kann. Ferner besitzt das Material die Neigung, steifer bzw. starrer und weniger schalltötend als steifes warmverformbares Polystyrol zu sein. Die Ver wendung von polymeren Bindemitteln in einem nicht ge webten Material, welches auf das Schaumstoffelement laminiert wird, mit Erweichungstemperaturen größer als 75 Grad Celsius, wie in der US-Patentschrift 45 29 641 beschrieben, erscheint nicht ausreichend zu sein, um die Schwierigkeit des Durchsackens zu beseiti gen. Die Linie der Toleranz zwischen der Verwendung von Materialien mit übermäßiger Wärmebeständigkeit, was die Vakuumverformung erschwert, und den Materialien mit ausreichender Wärmebeständigkeit, um den in der praxis auftretenden Temperaturen und den entsprechenden Tests standzuhalten, erscheint außerordentlich schwierig gang bar zu sein.One disadvantage of using one over higher Temperature-resistant polymer exists yet in that the foam element is more difficult thermoformed into three-dimensional objects can be. Furthermore, the material has the tendency stiffer or more rigid and less noise-killing than to be rigid thermoformable polystyrene. The Ver use of polymeric binders in a non-ge woven material, which on the foam element is laminated, with softening temperatures greater than 75 degrees Celsius, as in the US patent 45 29 641 described does not appear to be sufficient to eliminate the difficulty of sagging The line of tolerance between using Materials with excessive heat resistance what the vacuum deformation difficult, and the materials with sufficient heat resistance to meet the requirements in practice occurring temperatures and the corresponding tests it seems extremely difficult to withstand to be cash.
In der US-PS 45 29 641 wird vorgeschlagen, ein aushart bares Phenolharz als Bindemittel für das nicht gewebte Material zu verwenden. Der Hintergrund besteht darin, das Laminat zu erhitzen und warm zu formen bevor das wärmehärtbare Harz härtet. Sobald es härtet, ist eine Verformung nicht länger möglich. Sobald es gehärtet ist, würde der wärmehärtbare Phenolbinder gegen jede wei tere Verformung resistent als Ergebnis der Einwirkung von Umgebungstemperatur und von bis zu 85 Grad Celsius.In US-PS 45 29 641 it is proposed to use a hard Phenolic resin as a binder for the non-woven To use material. The background is heat the laminate and shape it warm before that thermosetting resin cures. Once it hardens, there is one Deformation is no longer possible. Once it's hardened is, the thermosetting phenolic binder against any white more deformation resistant as a result of the action of ambient temperature and up to 85 degrees Celsius.
Die Probleme sind allerdings die folgenden:However, the problems are the following:
- 1) Das wärmehärtbare Phenolpolymer kann während des Erhitzungsvorganges aushärten, so daß es nicht mehr verformbar ist, wenn es in die Form gebracht wird und/oder1) The thermosetting phenolic polymer can be used during of the heating process so that it is no longer deformable when it is in the Is brought into shape and / or
- 2) die Phenolpolymer-Komponente des Laminats kann eine unerwünscht kurze Lagerfähigkeit bzw. Haltbarkeit besitzen, d.h. während der Lagerung, des Transports u. dgl. aushärten, so daß das Laminat nicht weiter verformbar ist.2) The phenolic polymer component of the laminate can an undesirably short shelf life or Have durability, i.e. during storage, of transportation u. harden. So that the Laminate is no longer deformable.
Die Lösung der Schwierigkeit bezüglich einer möglichen Delaminierung bedingt in ähnlicher Weise die Suche nach geeigneten Klebemitteln. Hier treten die gleichen Schwie rigkeiten auf. Klebemittel mit ausreichend hohen Schmelz punkten, die den Temperaturen unter den Testbedingungen widerstehen können, kleben nicht gut an den laminierten Materialien oder können die Warmverformung beeinträchti gen.The solution to the difficulty regarding a possible Delamination similarly leads to the search for suitable adhesives. The same difficulties arise here problems. Adhesive with a sufficiently high enamel score the temperatures under the test conditions can not withstand sticking well to the laminated Materials or can affect the thermoforming gene.
Zur Lösung dieser Schwierigkeiten sind in der Fachwelt seit vielen Jahren aufwendige Versuche durchgeführt worden, ohne jedoch erfolgreiche Lösungen zu finden. Somit wird nach wie vor warmverformtes Laminat aus Hartpapier oder Polymerfilm und strukturellem Polystyrol schaum sowie nach dem Aufbau-Formverfahren hergestelltes, mit Glasfaser verstärktes polyesterharz für Deckenver kleidungen in Kraftfahrzeugen verwendet. To solve these difficulties are in the professional world extensive tests have been carried out for many years without finding successful solutions. Thus, thermoformed laminate is still made Hard paper or polymer film and structural polystyrene foam as well as manufactured by the build-up molding process, glass fiber reinforced polyester resin for ceiling clothing used in motor vehicles.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Schwierigkeiten zu beheben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil der nebengeordneten Patentan sprüche enthaltenen Merkmal gelöst.The object of the invention is to overcome these difficulties remedy. This object is achieved by the in the characterizing part of the subordinate patent say contained feature solved.
Nach Maßgabe der Erfindung werden Laminate verwendet, bei denen der Einsatz von Klebemitteln oder das Verkle ben nicht mehr erforderlich ist. Erreicht wird dies durch Schaffung eines einteiligen bzw. integralen Ver bundmaterials. Fasern in einer Lage aus ungewebten Fa sern werden in eine wärmeverformbares Schaumstoffelement eingenadelt. Ein Binderharz wird auf die Lage aus ungewebten Fasern aufgebracht und in einem Ofen getrock net. Dieses Verbundmaterial wird anschließend zu einem Formkörper warmverformt, der ausgezeichnete schallabsor bierende Eigenschaften und einen Widerstand gegenüber Durchsacken bei hohen Temperaturen aufweist. In einer be sonders bevorzugten Ausführungsform ist das Schaumstoff element ein halbsteifer oder halbflexibler Schaumstoff, vorzugsweise ein Schaumstoff mit Zellen, welche thermisch expandierbar sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel ex pandieren die Schaumstoffzellen während der Warmver formung unter festem Einschluß der in das Schaumstoff element genadelten Fasern.According to the invention, laminates are used where the use of adhesives or gluing ben is no longer required. This is achieved by creating a one-piece or integral Ver bundle material. Fibers in a layer from a non-woven company ser are in a thermoformable foam element needled. A binder resin is applied to the layer non-woven fibers applied and dried in an oven net. This composite material then becomes one Molded body thermoformed, the excellent sound absorber properties and resistance to Sagging at high temperatures. In a be a particularly preferred embodiment is the foam element a semi-rigid or semi-flexible foam, preferably a foam with cells that are thermal are expandable. In this embodiment ex pander the foam cells during the warming process Forming with firm inclusion in the foam element needled fibers.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:The following are exemplary embodiments of the invention described using the drawing. In it show:
Fig. 1 eine perspektivische Schnittansicht des Ver bundmaterials nach Maßgabe der Erfindung, Fig. 1 is a perspective sectional view of the Ver composite materials according to the invention,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Deckenaus kleidung eines Automobils bestehend aus dem Material nach Fig. 1, Fig. 2 is a perspective view of a clothing Deckenaus an automobile consisting of the material according to Fig. 1,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der für die Durch führung des erfindungsgemäßen Verfahrens ver wendeten Vorrichtung, Fig. 3 is a schematic representation of the applied for the ver the implementing of the method, apparatus,
Fig. 4 eine Aufrißansicht des zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Tackers oder Verbindeeinrichtung, Fig. 4 is an elevational view of the staple gun used for performing the method according to the invention or splicing means,
Fig. 5 eine Schnittansicht des Schaum-Binder-Applikators, der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah rens verwendet wird, Fig. 5 is a sectional view of the foam binder applicator, which is used for carrying out the procedural invention Rens,
Fig. 6 eine Seitenansicht des in Fig. 5 dargestellten Applikators, Fig. 6 is a side view of the applicator shown in Fig. 5,
Fig. 7 eine vergrößerte Ansicht eines in ein Schaumele ment vor der Warmformung bzw. Thermoformung ge nadelten Faserbündels, Fig. 7 is an enlarged view of a in a Schaumele ment before hot molding or thermoforming ge nadelten fiber bundle,
Fig. 8 dieselbe Ansicht wie Fig. 7, jedoch nach der Wärmeformung, Fig. 8 is the same view as Fig. 7, but after thermoforming,
Fig. 9 eine Schnittansicht in Perspektive einer weite ren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver bundmaterials, Figure 9 is a sectional view in perspective of a wide ren embodiment of the Ver. Inventive composite materials,
Fig. 10 eine schematische Darstellung der zur Herstellung des Verbundmaterials nach Fig. 9 verwendeten Vorrichtung sowie Fig. 10 is a schematic representation of the device used to manufacture the composite material according to Fig. 9 and
Fig. 11 eine Schnittansicht eines Paars von Formwerkzeu gen, welche zur Verformung des Verbundwerkstoffs der Erfindung in einen konturierten Gegenstand bzw. Formkörper verwendet wird. Which is used for deformation of the composite material of the invention in a contoured object or moldings Fig gen. 11 is a sectional view of a pair of Formwerkzeu.
Entsprechend den Zeichnungen und den darin abgebildeten Ausführungsformen wird eine geformte Dachauskleidung 20 (Fig. 2) durch Warmformung bzw. Thermoformung eines einheitlichen Verbundmaterials 22 (Fig. 1) hergestellt, welches ein Schaumelement 24 aufweist, in welchem die Zellen vorzugsweise lediglich auf etwa einem Drittel ihrer möglichen Größe expandiert sind. Ferner weist die ses Verbundmaterial 22 eine am Schaumelement bzw. Schaum stoff 24 anliegende Verstärkungsmatte und Außenlagen 28 und 30 aus ungewebten Fasern auf. Die obigen Elemente sind nicht durch Kleben verbunden, vielmehr durch eine Vielzahl von Fasern 32 zusammengehalten, die sich von den Lagen 28 und 30 in das Schaumelement 24 erstrecken. Wenn eine bevorzugte Form aus dem integralen Verbund werkstoff 22 mit unter wärmeausdehnbaren Schaumzellen zu einer Deckenauskleidung 20 oder einem vergleichbaren Formkörper warm verformt wird, expandieren die Zellen des Schaumstoffs und fassen in fester Weise die Fasern in der Zellmatrix (Fig. 7 und 8). Ein thermoplasti scher Binder ist in den Lagen aus ungewebten Fasern dispergiert, um die Fasern in der Form der Lage zu halten, ohne jedoch die Federeigenschaften der Faser struktur zu stören. Bei Bedarf kann durch konventio nelle Verfahren vor oder nach dem Warmformvorgang auf das integrale Verbundmaterial eine Polsterung oder ein anderes Dekorgewebe durch konventionelle Verfah ren aufgebracht werden.According to the drawings and the embodiments depicted therein, a molded roof liner 20 ( FIG. 2) is made by thermoforming or thermoforming a unitary composite material 22 ( FIG. 1) having a foam element 24 in which the cells are preferably only about a third expanded to their possible size. Furthermore, this composite material 22 has a reinforcing mat and outer layers 28 and 30 made of non-woven fibers on the foam element or foam 24 . The above elements are not bonded together, but are held together by a plurality of fibers 32 that extend from layers 28 and 30 into foam element 24 . When a preferred shape of the integral composite material 22 is thermoformed with heat-expandable foam cells to form a ceiling lining 20 or a comparable molded body, the cells of the foam expand and firmly grasp the fibers in the cell matrix ( FIGS. 7 and 8). A thermoplastic binder is dispersed in the layers of non-woven fibers in order to keep the fibers in the shape of the layer without, however, disturbing the spring properties of the fiber structure. If required, upholstery or another decorative fabric can be applied to the integral composite material by conventional methods before or after the thermoforming process.
Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung, die für den Zusammenbau des Verbundmaterials verwendet werden kann. Eine erste Trenneinrichtung 33 trennt eine Fasermenge in Einzelfasern und bewirkt eine Ablagerung dieser Fasern in willkürlicher Ausrichtung in einer La ge 28 auf einem nicht dargestellten Förderer. Eine Verstärkungsmatte 26 wird von einer Walze 34 synchron mit dem Durchlauf bzw. Vorbeilauf der ungewebten Fa serlage 28 abgewickelt. Das Schaumelement 24 wird in gleicher Weise von einer Walze 36 synchron mit den anderen Materialien abgewickelt. Eine zweite Fasereinrichtung 38 legt eine zweite Lage von will kürlich orientierten Fasern 30 auf das Schaumelement zur Vervollständigung des Aufbaus der Komponenten einer Bahn oder Matte 40. Figure 3 shows a device that can be used to assemble the composite material. A first separating device 33 separates a quantity of fibers into individual fibers and causes these fibers to be deposited in an arbitrary orientation in a position 28 on a conveyor (not shown). A reinforcing mat 26 is unwound from a roller 34 in synchronism with the passage or passing by of the non-woven fiber layer 28 . The foam element 24 is unwound in the same way from a roller 36 in synchronism with the other materials. A second fiber device 38 places a second layer of randomly oriented fibers 30 on the foam element to complete the construction of the components of a web or mat 40 .
Die Bahn 40 wird dann durch einen Tacker 42 bzw. eine Verbindungseinrichtung (Fig. 4) geführt, wo ein paar von wechselweise sich hin- und herbewe genden Nadelbetten 46 mit einer Anzahl von Nadeln 48 Fasern 32 in Bündeln von etwa fünf Fasern aus den Lagen mit wahllos gerichteten Fasern erfassen und dieser Fasern in Tunnel zwängen, welche durch die Nadeln 48 im Schaum bzw. im Schaumelement aus gebildet sind. Die Nadeln 48 sind mit umgekehrten Widerhaken ausgebildet, wie in der US-Patentschrift 30 46 173 beschrieben ist. Die Nadeln 48 in den Bet ten 46 werden synchron mit Öffnungen hin- und herge stoßen, welche über die gesamte Fläche von Trom meln 44 verteilt sind. Die Trommeln 44 drehen mit derselben Geschwindigkeit wie die sich bewegende Bahn 40.The web 40 is then passed through a stapler 42 or a connecting device ( FIG. 4), where a pair of alternately reciprocating needle beds 46 with a number of needles 48 fibers 32 in bundles of about five fibers from the layers capture with randomly directed fibers and force these fibers into tunnels, which are formed by the needles 48 in the foam or in the foam element. The needles 48 are formed with inverted barbs, as described in US Pat. No. 3,046,173. The needles 48 in the beds th 46 are in sync with openings back and forth, which are distributed over the entire area of drum 44 . The drums 44 rotate at the same speed as the moving web 40 .
Die genadelte Bahn 50 wird über eine Führungswalze 51 geführt und gelangt durch einen Schaum-Binderapplika tor 52, wo ein thermoplastischer Kunstharzbinder in beide Lagen aus ungewebten Fasern 28, 30 (Fig. 3 und 5) dispergiert wird. Die Nadeln 55 übergeben Schaum-Binder harz von einem nicht dargestellten Schaumgenerator und verteilen das Schaum-Binderharz (foam binder resin) auf den Faserlagen. Ein Paar von Quetschwalzen 60 drückt den Binder durch die Fasern in der ungewebten Lage und teilweise in die Nadeltunnels. Die beschich tete Bahn 62 wird durch einen Trocknungsofen 70 geführt, wo das Bindemittel getrocknet wird. Eine Schneidein richtung 71 kann das einteilige Verbundmaterial in Tafeln, Platten oder Matten schneiden oder das Ver bundmaterial kann auf Walzen für den Transport zu einem Verkäufer gewickelt werden, wo das Material dann in Deckenbekleidungen od. dgl. unter Wärme ver formt werden kann.The needled web 50 is guided over a guide roller 51 and passes through a foam binder applicator 52 , where a thermoplastic synthetic resin binder is dispersed in both layers of non-woven fibers 28 , 30 ( FIGS. 3 and 5). The needles 55 transfer foam binder resin from a foam generator, not shown, and distribute the foam binder resin on the fiber layers. A pair of nip rollers 60 push the binder through the fibers in the nonwoven position and partially into the needle tunnels. The coated web 62 is passed through a drying oven 70 where the binder is dried. A cutting device 71 can cut the one-piece composite material into sheets, plates or mats, or the composite material can be wound on rollers for transport to a seller, where the material can then be deformed in ceiling coverings or the like under heat.
Fig. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, wel ches die Warmverformung eines stärker geformten bzw. konturierten dreidimensionalen Formkörpers erleichtert. Das zu einer Einheit gefaßte Verbundmaterial 122 weist eine größere Dicke auf, die mehr Material er gibt, um ein tieferes Ziehen für die Formung stark verformter Gegenstände zu erleichtern. Das Ma terial 122 weist ein paar von Schaumelemente 124 a und 124 b auf. Fasern 132 b aus der ungewebten Faserla ge 128 erstrecken sich im Nadeltunnel 131 b vollstän dig durch das Schaumelement 124 a und im wesentlichen ganz durch das Element 124 b. Gegensätzlich hierzu erstrecken sich Fasern 132 a aus der ungewebten Fa serlage 130 in Tunnels 131 a ganz durch das Element 124 b und im wesentlichen ganz durch das Element 124 a. Auf diese Weise halten die hereingezogenen genadel ten Fasern nicht nur die ungewebten Faserlagen 128, 130 und die Verstärkungsmatte 126 an die Schaumele mente, sondern halten auch die Schaumelemente 124 a und 124 b zusammen. Fig. 9 shows a further embodiment, which facilitates the hot deformation of a more shaped or contoured three-dimensional shaped body. The unitary composite material 122 has a greater thickness, the more material it gives to facilitate a deeper pull for the formation of highly deformed objects. The material 122 has a pair of foam elements 124 a and 124 b . Fibers 132 b from the non-woven fiber layer 128 extend in the needle tunnel 131 b completely through the foam element 124 a and essentially entirely through the element 124 b . In contrast, fibers 132 a extend from the non-woven fiber layer 130 in tunnels 131 a entirely through element 124 b and essentially entirely through element 124 a . In this way, the drawn-in needled fibers not only hold the non-woven fiber layers 128 , 130 and the reinforcing mat 126 to the foam elements, but also hold the foam elements 124 a and 124 b together.
Die Vorrichtung, die für den Aufbau des integralen bzw. einheitlichen Verbundmaterials 122 verwendbar ist, ist in Fig. 10 dargestellt. Die Vorrichtung und das Verfahren sind im wesentlichen dieselben wie in Fig. 3 dargestellt, jedoch mit der Ausnahme, daß ein zweites Schaumelement 124 b von einer Walze 136 b abgezogen und abgelagert wird, nachdem das Schaum element 124 a von der Walze 136 a abgezogen und auf eine Verstärkungsmatte 126 gelegt wurde. Ferner sind die sich von den Nadelbetten erstreckenden Nadeln länger ausgebildet als die bei der Vorrichtung nach Fig. 3, um das Greifen und das Verschieben der Fa sern 132 a, 132 b durch beide Schaumelemente zu erleich tern.The device that can be used to construct the integral composite material 122 is shown in FIG. 10. The apparatus and method are substantially the same as in Fig. 3, except that a second foam member b 124 is withdrawn b from a roll 136 and deposited after the foam element a subtracted 124 from the roll 136 a and was placed on a reinforcing mat 126 . Furthermore, the needles extending from the needle beds are longer than those in the device according to FIG. 3 in order to facilitate the gripping and shifting of the fibers 132 a , 132 b by both foam elements.
Das Schaumelement 24 oder 124 weist im wesentlichen jedes geeignete Kunststoff-Schaummaterial, welches unter Wärme verformbar ist (Thermoformgebung), auf. Insbesondere bevorzugt sind halbsteife polymere Schaum stoffe einschließlich Polystyrol und seine Copolymere, Polyurethan, Polyolefin und Polyvinylchloridschäume, wo bei Schaumstoffe, die thermisch expandiert werden kön nen, insbesondere bevorzugt sind. Ein halbsteifer bzw. halbstarrer Schaumstoff besitzt einen bestimmten Be trag an Flexibilität, würde jedoch brechen, falls umge bogen werden würde. Falls das Schaumstoffelement 24 oder 124 Zellen hat, die unter Wärme dehnbar sind, dann expandieren bei Aufbringen von Wärme diese Schaumstoffzellen wesentlich in ihrem Volumen. Das besonders bevorzugte Material ist ein Styrol-Malein- Anhydridcopolymer-Schaumstoff, wie er von Arco Chemical Company unter dem Warenzeichen DYLARK 232 vertrieben wird. Andere Materialien sind halbsteife Polyurethan-Schaumstoffe und steife bzw. starre Poly urethanschaumstoffe, welche durch Sättigung mit einem Polyisocyanat- und Wassergemisch reaktiviert wurden. Ein insbesondere bevorzugter Polyurethan-Schaumstoff ist ein Polyester-Polyol-Urethanschaum, wie er von BASF-Wyandolfe unter dem Warenzeichen ELASTOFLEX vertrieben wird. Das Schaumstoffelement 24 oder 124 ist in seiner bevor zugten Ausführungsform eine Tafel oder Matte mit einer Dicke von 2,03 mm bis 3,8 mm (80 bis 150 mil).The foam element 24 or 124 has essentially any suitable plastic foam material which is deformable under heat (thermoforming). Particularly preferred are semi-rigid polymeric foams including polystyrene and its copolymers, polyurethane, polyolefin and polyvinyl chloride foams, where foams that can be thermally expanded are particularly preferred. A semi-rigid or semi-rigid foam has a certain amount of flexibility, but would break if it were bent. If the foam element has 24 or 124 cells that are expandable under heat, then these foam cells expand significantly in volume when heat is applied. The most preferred material is a styrene-maleic anhydride copolymer foam, such as that sold by Arco Chemical Company under the trademark DYLARK 232. Other materials are semi-rigid polyurethane foams and rigid or rigid polyurethane foams which have been reactivated by saturation with a polyisocyanate and water mixture. A particularly preferred polyurethane foam is a polyester-polyol-urethane foam, as is sold by BASF-Wyandolfe under the trademark ELASTOFLEX. The foam member 24 or 124 in its preferred embodiment is a sheet or mat with a thickness of 2.03 mm to 3.8 mm (80 to 150 mils).
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besitzt das Ele ment 24 bzw. 124 eine Dicke von 140 Mil und eine Dichte vor Ex pansion von 48,1 bis 80,1 kg/m³ (3 bis 5 pounds/cf).Nachdem das integrale Verbundmaterial 22 oder 122 einer Warmverformung un terzogen wurde, expandiert dieses Schaumelement auf eine Dicke von einem Viertel bis einem Halben von einem Zoll. Die Dichte nach Expansion beträgt 19,6 bis 28,9 kg/m³ (1,2 bis 1,8 pounds/cf) Obgleich das Material einem Durchsacken unter Test bedingungen von 85 Grad Celsius nicht widersteht, tut es das, wenn es in einem Verbundmaterial der Erfindung eingebaut ist. Da kein Laminat geformt wird, besteht auch nicht das Problem einer Delaminierung. Dieses Material ist flexibel oder halb steif vor der Warmformung und kann somit in Rollenform bereit gehalten werden. Das Material wird ohne weiteres bei etwa 138 Grad Celsius warm verformt und wird bei der bevorzugten Aus führungsform eine Volumenexpansion von 300% erfahren.In a particularly preferred embodiment, the element 24 or 124 has a thickness of 140 mils and a density before expansion of 48.1 to 80.1 kg / m 3 (3 to 5 pounds / cf). After that, the integral composite material 22 or 122 was subjected to a thermoforming process, this foam element expands to a thickness of a quarter to a half of an inch. The density after expansion is 19.6 to 28.9 kg / m³ (1.2 to 1.8 pounds / cf). Although the material does not resist sagging under test conditions of 85 degrees Celsius, it does when it is in one Composite material of the invention is installed. Since no laminate is molded, there is no problem of delamination. This material is flexible or semi-rigid before thermoforming and can therefore be kept in roll form. The material is easily thermoformed at about 138 degrees Celsius and will experience a volume expansion of 300% in the preferred embodiment.
Die Verstärkungsmatte 26 ist eine Matrix aus synthetischem Material, welches bei einer Temperatur oberhalb von 177 Grad Celsius erreicht. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Matte 26 eine Vielzahl von Glasfasern auf, die durch einen wärmehärtbaren Kunststoff, wie etwa polymerem Harnstoffformal dehyd, miteinander verbunden sind. In einer bevorzugten Aus führungsform weist die Matte eine Dicke von etwa 0,254 bis 0,76 mm (10 bis 30 Mil) auf und zwar vorzugsweise insbesondere 0,254 mm (10 Mil). Die Glasfasern weisen eine Dicke von etwa 10 Mikrometer auf und besitzen eine Länge von etwa 1,27 cm oder mehr. Das Produkt wiegt bei einer Dicke von 0,3 mm (12 Mil) 47,4 g/cm² (2 Unzen/square yard) und besitzt eine Dichte von etwa 0,224 kp/cm³, wobei 80% Glas und 20% Kunstharz ist. Eine derartige Matrix kann von der Johns Mansville Corporation unter dem Warenzeichen "DURA-GLASS 7010" bezogen werden.The reinforcement mat 26 is a matrix of synthetic material, which reaches at a temperature above 177 degrees Celsius. In a preferred embodiment, mat 26 includes a plurality of glass fibers that are bonded together by a thermosetting plastic such as polymeric urea formal dehyd. In a preferred embodiment, the mat has a thickness of about 0.254 to 0.76 mm (10 to 30 mils), preferably in particular 0.254 mm (10 mils). The glass fibers have a thickness of approximately 10 micrometers and a length of approximately 1.27 cm or more. The product weighs 47.4 g / cm² (2 ounces / square yard) at a thickness of 0.3 mm (12 mils) and has a density of about 0.224 kp / cm³, 80% glass and 20% synthetic resin. Such a matrix can be obtained from Johns Mansville Corporation under the trademark "DURA-GLASS 7010".
Die Lagen aus ungewebten Fasern besitzen eine Vielzahl von im wesentlichen willkürlich gerichteten künstlichen oder natür lichen Fasern mit einem Denier von 4,5 bis 25. In einer bevor zugten Ausführungsform beträgt das Denier 6. Die Lage ist mit einer Dicke von etwa 1,27 bis 3,81 cm (1/2 bis 1,5 Zoll) ausge bildet und besitzt bei dieser Dicke ein Gewicht von etwa 47,4 bis 260,7 g/cm², wobei das bevorzugte Gewicht 71,1 g/cm² (3 Un zen/square yard) beträgt. Nach der Nadelung der ungewebten Fa serlagen wird die Dicke der Lage reduziert auf etwa 0,254 cm bis 1,9 cm (0,1 bis 0,75 Zoll). In einer bevorzugten Ausfüh rungsform ist die Faser reines (virgin) Polyester in einer Länge von 1,27 bis 6,35 cm (0,5 bis 2,5 Zoll), welche für ihre federnden (loft) und schallbabsorbierenden Eigenschaften aus gewählt wird. Eine natürliche Faser, wie etwa Baumwolle, wird wahlweise bevorzugt aufgrund ihres natürlichen Erinnerungsver mögens (sog. memory-Effeckt). Die Baumwollfasern können jung fräulich oder regeneriert sein und werden verwendet in Längen von 1,27 bis 3,81 cm (0,5 bis 1,5 Zoll).The layers of non-woven fibers have a multiplicity of essentially randomly directed artificial or natural fibers with a denier of 4.5 to 25. In a preferred embodiment, the denier is 6 . The layer is formed with a thickness of about 1.27 to 3.81 cm (1/2 to 1.5 inches) and has a weight of about 47.4 to 260.7 g / cm² at this thickness, which preferred weight is 71.1 g / cm² (3 oz / square yard). After needling the non-woven fiber layers, the layer thickness is reduced to about 0.254 cm to 1.9 cm (0.1 to 0.75 inches). In a preferred embodiment, the fiber is virgin polyester in a length of 1.27 to 6.35 cm (0.5 to 2.5 inches) which is selected for its resilient (loft) and sound absorbing properties. A natural fiber, such as cotton, is optionally preferred because of its natural memory (so-called memory effect). The cotton fibers can be virgin or regenerated and are used in lengths of 1.27 to 3.81 cm (0.5 to 1.5 inches).
Gemäß Fig. 4 dreht die obere perforierte Trommel 44 a im Gegenuhrzeigersinn und die untere Trommel 44 b im Uhrzeigersinn und zwar beide synchron mit der linearen Geschwindigkeit der Bahn 40. Die Trommeln 44 und die Nadelplatten 46 erstrecken sich über die volle Breite der Bahn 40. Die Nadeln 48 sind in Reihen mit Abstän den von 0,64 bis 1,27 cm (0,25 bis 0,5 Zoll) zueinander angeordnet und die Nadeln in jeder Reihe weisen denselben Ab stand wie die Reihen zueinander auf. Im bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel sind 8 Reihen von Nadeln vorgesehen, die sich jeweils über die Breite der Bahn erstrecken. Die Nadeln haben an ihrer Spitze ein Kaliber von 18 bis 48 und können bis zu 1,54 cm (einem Zoll) durchdringen. Die Nadelbetten 46 bewegen sich abwechselnd durch nicht dargestellte Öffnungen in Trommeln 44 und in die Bahn 40 hin und her. Jedes Bett 46 ist synchroni siert mit der Drehung der entsprechenden Trommel 44, so daß die Nadeln durch die Öffnungen in der Trommel greifen können. Die Bewegung der Betten 46 ist eine komplexe Bewegung aus einer hin- und hergehenden Bewegung bezüglich der Bahn und einer be grenzten Drehbewegung derart, daß die Spitzen der Nadeln 48 in seitlicher Richtung sich mit in etwa derselben Geschwindigkeit wie die sich in Längsrichtung bewegende Bahn 40 bewegen. Der Grund für diese komplexe Bewegung besteht darin, den Anteil an Nadelbruch zu reduzieren, der erfolgen kann, falls die Bewegung der Betten 46 eine strikt hin- und hergehende Bewegung ist.According to FIG. 4, the upper perforated drum 44 rotates a counter-clockwise and the lower drum 44 b in the clockwise direction and that both in synchronization with the linear velocity of the web 40. The drums 44 and needle plates 46 extend the full width of the web 40 . The needles 48 are arranged in rows of 0.25 to 0.5 inches from each other and the needles in each row are the same as the rows from each other. In the preferred embodiment, 8 rows of needles are provided, each extending across the width of the web. The needles have a caliber of 18 to 48 at their tip and can penetrate up to 1.54 cm (one inch). The needle beds 46 alternately move back and forth through openings, not shown, in drums 44 and in the web 40 . Each bed 46 is synchronized with the rotation of the corresponding drum 44 so that the needles can reach through the openings in the drum. The movement of the beds 46 is a complex movement of a reciprocating movement with respect to the web and a limited rotational movement such that the tips of the needles 48 move laterally at approximately the same speed as the longitudinally moving web 40 . The reason for this complex movement is to reduce the amount of needle breakage that can occur if the movement of the beds 46 is a strictly reciprocating movement.
Das Binderharz wird in einem Schaumgenerator aufgeschäumt, welcher das Harz in Gegenwart von Luft bei einem Luftdruck von etwa 4,57 kp/cm² (65 pounds/cf) rührt. Der Schaum wird in einem Maß aufgetragen, daß die Ablagerung ein Gewicht von etwa 47,4 bis 189,6 g/cm² (2 bis 8 Unzen/square yard nach dem Trocknungs vorgang aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt das Trockengewicht etwa 71,1 g/cm². Die Aufbringmenge des Bin derharzes wird derart eingestellt, daß eine Binderdurchtränkung durch die gesamte Faserlage und über 50 bis 100% der Länge der Nadeltunnels gewährleistet wird. Ein geeigneter Schaumgenera tor, der Schaum (froth foam) in einer Mengenleistung von 90,7 bis 120,2 kg/h erzeugt, ist über die Latex Equipment Sales and Services unter der Modell Nr. 500V verfügbar.The binder resin is foamed in a foam generator, which the resin in the presence of air at an air pressure of about 4.57 kp / cm² (65 pounds / cf). The foam comes in one Dimension applied that the deposit has a weight of about 47.4 up to 189.6 g / cm² (2 to 8 ounces / square yard after drying has operation. In a preferred embodiment the dry weight about 71.1 g / cm². The application amount of the bin derharzes is adjusted so that a binder impregnation through the entire fiber layer and over 50 to 100% of the length of the Needle tunnel is guaranteed. A suitable foam genera tor, the foam (froth foam) with a capacity of 90.7 up to 120.2 kg / h is available from Latex Equipment Sales and Services available under the Model No. 500V.
Gemäß Fig. 6 wird der Schaumstoff vom Schaumgenerator, der nicht dargestellt ist, zu einer Abgabedüse 45 über einen flexiblen Schlauch 64 gefördert. Die Düse 55 ist an einem Aufgabekopf 54 angeordnet, der senk recht zur Längsbewegung der Bahn hin- und herbewegbar ist. Gemäß Fig. 5 wird der Schaum auf eine Fläche auf gebracht, die am Boden durch die Walzen 60, auf einer Seite von der genadelten Bahn 50, einer in dichtem Kontakt mit der Walze 60 befindlichen Stau- oder Wischeinrichtung auf der anderen Seite und sich zwischen den Enden der Walzen 60 und der Staugliedern 56 er streckenden Dämmglieder 68 begrenzt ist. Die hin- und hergehende Bewegung des Aufgabekopfes 54 wird durch einen Luftzylinder 66 od. dgl. bewerkstelligt. Die Abgabedüse 55 erstreckt sich in den Bereich, in dem das Harz abgelagert wird und legt das abgelagerte Harz in das von der Abgabedüse abgegebene Harz zur Erzeugung eines konsistenten Binderharz-Schaumgemisches.Referring to FIG. 6, the foam from the foam generator that is not shown, conveyed to a dispensing nozzle 45 through a flexible sleeve 64. The nozzle 55 is arranged on a feed head 54 which can be moved back and forth perpendicular to the longitudinal movement of the web. Referring to FIG. 5, the foam is placed on a surface that between on the ground by the rollers 60, on one side of the needled web 50, a congestion located in tight contact with the roller 60 or wiping means on the other side and the ends of the rollers 60 and the damming members 56 he stretching insulating members 68 is limited. The reciprocating movement of the feed head 54 is accomplished by an air cylinder 66 or the like. The dispensing nozzle 55 extends into the area where the resin is deposited and places the deposited resin in the resin dispensed from the dispensing nozzle to produce a consistent binder resin-foam mixture.
Das Binderharz muß thermoplastisch sein, um die Warm verformung zu gewährleisten, er muß jedoch sensitiv gegenüber Wasser sein und auch nicht klebrig bei Raumtemperatur. Die bevorzugte Glasumwandlungstempe ratur (Tg) für das Harz beträgt zwischen 20 Grad Celsius und 121 Grad Celsius. Der bevorzugte Fest körpergehalt beträgt etwa 30-60% und ein feuerhemmen der Stoff, wie etwa Aluminiumtrihydrat, ist in einem Anteil von etwa 25 Vol.-% vorgesehen. Ein Binderharz kann gewählt werden aus der Gruppe: wasserdispergiertes Urethan, Acryl, Äthylenvinylacetatacryl, Styrolbutadien kautschuk, Polyvinylacetat, Copolymer von Polyvinyl epoxy und Styrol auf Wasserbasis. Das am meisten bevor zugte Binderharz ist ein Styrolbutadienkautschuk mit einem Festkörpergehalt von 48,5% und einem Tg von 40 Grad Celsius. Ein solches Harz wird durch die Reichhold Corporation unter dem Warenzeichen "Tylac 68-500" vertrieben.The binder resin must be thermoplastic to keep the warm to ensure deformation, but it must be sensitive towards water and not sticky either Room temperature. The preferred glass transition temp temperature (Tg) for the resin is between 20 degrees Celsius and 121 degrees Celsius. The preferred festival body content is about 30-60% and a fire retardant the substance, such as aluminum trihydrate, is in one Share of about 25 vol .-% provided. A binder resin can be selected from the group: water-dispersed Urethane, acrylic, ethylene vinyl acetate acrylic, styrene butadiene rubber, polyvinyl acetate, copolymer of polyvinyl water-based epoxy and styrene. The most before Binder resin is a styrene butadiene rubber with a solids content of 48.5% and a Tg of 40 degrees. Such a resin is made by the Reichhold Corporation under the trademark "Tylac 68-500" sold.
Der Trocknungsofen 70 arbeitet bei einer Temperatur oberhalb der Glasumwandlungstemperatur des Binders, um das Lösungsmittel aus dem Binder zu treiben. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Binder auf Wasserbasis hergestellt und der Trocknungsofen arbeitet bei Temperaturen von etwa 121 bis 132 Grad Celsius.The drying oven 70 operates at a temperature above the glass transition temperature of the binder to drive the solvent out of the binder. In a preferred embodiment, the binder is water-based and the drying oven operates at temperatures of about 121 to 132 degrees Celsius.
Die Deckenauskleidung 20 wird aus dem integralen Ver bundmaterial 22 oder 122 dadurch geformt, indem zu erst das Material auf eine Temperatur von etwa 138 Grad Celsius unter Verwendung von Heizelementen erwärmt und dann in einen kühlen Preßformaufbau mit der gewünschten Konfiguration gelegt wird. Eine solche Form 72 (Fig. 11) weist eine obere Formhälfte 74 und eine untere Formhälfte 76 auf.The ceiling liner 20 is formed from the integral composite material 22 or 122 by first heating the material to a temperature of about 138 degrees Celsius using heating elements and then placing it in a cool die assembly with the desired configuration. Such a mold 72 ( FIG. 11) has an upper mold half 74 and a lower mold half 76 .
Nach Maßgabe der Erfindung ist ein integrales Verbund material vorgesehen, welches keine Klebemittel ver wendet, so daß die Schwierigkeiten des Stands der Technik bezüglich wärmehärtbaren und thermoplastischen Klebemitteln beseitigt sind. Im einzelnen wird ein Stoß oder eine Lage aus ungewebten Fasern auf einer Matte oder Platte eines wärmeformbaren Schaums bzw. Schaumstoffs aufgebracht und es werden Tacker verwen det, um die Faser aus den ungewebten Faserlagen in Nadeltunnels in den Schaumstoff zu ziehen. In einer bevorzugten Ausführungsform weist er Schaumstoffzel gen auf, die unter Wärme expandierbar sind und die bei der Warmformgebung verwendete Wärme vervollständigt die Expansion der Schaumstoffzellen, so daß die Schaumstoffzellen, die die Nadeltunnels umgeben, in Eingriffskontakt mit den Fasern in den Tunneln expandiert werden. Ein Bindemittelharz wird durch die Lage aus ungewebten Fasern verteilt, so daß die Fasern zusammenhalten, ohne daß jedoch die Fedrigkeit bzw. Luftigkeit (loft) der Faser oder die schallab sorbierenden Eigenschaften der Fasern gestört oder beeinträchtigt würden. According to the invention is an integral network Provided material that ver no adhesive turns so that the difficulties of the state of the Technology related to thermosetting and thermoplastic Adhesives are eliminated. In particular, a Pile or layer of nonwoven fibers on one Mat or plate of a thermoformable foam or Foam applied and staplers are used det to the fiber from the non-woven fiber layers in To pull needle tunnels into the foam. In a preferred embodiment, it has foam cell conditions that are expandable under heat and that are of the heat molding completed the expansion of the foam cells so that the Foam cells that surround the needle tunnels, in contact with the fibers in the tunnels be expanded. A binder resin is through the layer of non-woven fibers distributed so that the Hold fibers together without losing springiness or airiness (loft) of the fiber or the sound sorbent properties of the fibers disrupted or would be affected.
Das Verbundmaterial kann mit einer Verstärkungsmatte versehen sein, die aus einer Matrix aus synthetischem Material gebildet sein kann und durch welche die Fasern während des Nadelvorganges geführt werden. Zu sätzlich kann das Schaumstoffelement aus zwei benach barten Elementen gebildet sein, wobei sich die Fasern aus den Lagen der ungewebten Fasern im wesentlichen durch beide Schaumstoffelemente erstrecken. Auf diese Weise werden die Schaumstoffelemente als Teil des Ver bundmaterials zusammengehalten.The composite material can be made with a reinforcing mat be provided, which consists of a matrix of synthetic Material can be formed and through which the Fibers are guided during the needling process. To in addition, the foam element can consist of two contiguities beard elements can be formed, the fibers from the layers of the non-woven fibers essentially extend through both foam elements. To this Way, the foam elements are part of the ver bundled together.
Die Abwesenheit von Klebemittel bei diesem Verbund stoff macht diesen Verbundwerkstoff weniger alterungs empfindlich sowie weniger wärmeempfindlich. Zusätz lich kann er in Rollenform oder Tafelform zu den Ver käufern für derartige Deckenauskleidungen geliefert werden, die dann den Verbundwerkstoff in den ge wünschten dreidimensionalen Formkörper warmverformen können. Ferner kann der Verbundwerkstoff in andere gut verwendbare Gegenstände warmverformt werden, wie etwa Packungskörbe, Verkleidungen, Kofferraum und Fenstersäulenverkleidungen.The absence of adhesive in this composite material makes this composite less aging sensitive and less sensitive to heat. Additional Lich it can in roll form or table form to the Ver supplied to buyers for such ceiling linings be, which then the composite material in the ge wanted to thermoform three-dimensional moldings can. Furthermore, the composite material can be divided into others good usable objects are thermoformed, such as packing baskets, panels, trunk and window pillar linings.
Abweichend von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel können zwei einzelne Lagen aus ungewebten Fasern auf einzelne wärmeverformbare Schaumstoffelemente ge nadelt werden und dann die Schaumstoffelemente mit einander verklebt werden. Obgleich der Einsatz von Klebemittel bevorzugt vermieden werden soll, würde diese Anwendungsform lediglich eine Klebemittelschicht erfordern und diese lediglich zwischen den Schaum stoffelementen.Deviating from the described embodiment can have two individual layers of non-woven fibers individual thermoformable foam elements ge needles and then the foam elements are glued to each other. Although the use of Adhesives should preferably be avoided this application form only an adhesive layer require and this only between the foam fabric elements.
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