DE9010276U1

DE9010276U1 - Formteil

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Priority date: 1990-07-06
Filing date: 1990-07-06
Publication date: 1990-09-27
Anticipated expiration: 2000-07-07

Description

FDNER .*E TB Öl I :rj £&EEacgr;· A«U· S FINCK PATENTANWÄLTE EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

MARIAHILFPLATZ 9*3. MÖNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH SSO16O, D-8OOO MÖNCHEN 95

1) KIHA-TEXTILIEN GMBH DEGA-39456,9

2) NORBERT FINSEL 6. Juli 1990

FORMTEIL

Aus dem GM 88 07 017.4 ist ein Polsterteil für Sitz-, Liegemöbel oder dergleichen bekannt, das als lösbare Auflage oder als fest integrierter Bestandteil mit einer ein Vlies beinhaltenden Polsterfüllung versehen ist, wobei die Polsterfüllung Bindefasern aus thermofusionsfähigem Werkstoff, insbesondere sogenannte Kernmantelfasern, aufweist und dieser Bindefaservliesstoff preßgeformt ist. Als Vliesstoff kann man auch ein Gemisch aus Bindefasern und Normalfasern einsetzen, die untereinander thermofueionsfähig verbunder· sind. Die Fasern können Polyesterfasern sowie Kernmantelfasern in einem Polyesterkern und einem Mantel aus Copolyeetern darstellen.

Aufgabe der Erfindung war es nun, mehrere Grundmateriaiien mit gleichen oder zumindest ähnlichen Eigenschaften zu finden, welche mit den z.Zt. in der Fahrzeugindustrie überwiegend und notwendigerweise einzusetzenden OberflMchenmaterialien sich so vertragen, daß die weiteren Erfindungsziele noch erfüllbar waren, und dafür ein aus Fasern aufgebautes Halbzeug bereitzustellen, welches durch die Auewahl dieser

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Grundmaterialien, Konstruktion der Faserstrukturen, Auswahl der Faserdicken, der Hauptschichtdicken und der Stapellängen und Mischverhältnisse, ohne Einsatz von jedweden Bindemitteln zu auch tragenden Fonnteilen gestaltet werden kann, welche in Einbaulage durch das Eigengewicht ihre Form nicht verändern. Die Teile sollten gegenüber den zur z-s-it eingesetzten ein geringeres Eigengewicht haben, mit niedrigen energetischen Kosten in der Herstellung auskoinme« und aufgrund ihres Werkstoffs auf leichteren und damic weniger aufwendigen, preiswerter ausgelegten Maschinen und Werksäugen eine Produktion ermöglichen. Hierbei ist insbesondere an eir?a Wiederverwertung d«r &'■■ gesetzten Werkstoffe aucL als kaschiertes Teil gedacht, t 3 Produktion ohne Abfall und eiäie Entlastung uea Arbeitsplatzes *» .a auch des späteren Anwendungsbereiches in bezug «wsi ^ do: &zgr;.Zt. noch benötigten nnd vorhandenen flüchtigen, zum Teil toxischen Substanzen wie Isocyanate, Formaldehyd, Styrol und FCKW.

Weiter sollte die Oberflächenveredelung in den Verformungs-•r-^zeR integriert werden, wobei es darum ging, in einem Formteil mit einem Werkstoff Bereiche mit hoher Verdichtung und Bereiche mit niedrigerer Verdichtung darzustellen. Mit diesen Faserstrukturen galt es, Forderungen in bezug auf Schallabsorption, Vibration und Wärme durch schichtigen Aufbau zu erreichen. Wichtig war es weiter, die z. Zt. eingesetzten Oberflächenmaterialien so auf das Produkt aufzubringen, daß selbst da, wo eine artgleiche Oberfläche av» modischen Gründen nicht möglich ist, durch Trennen der Oberfläche vom Trägermaterial ein Wiederverwerten des nach Volumengewicht größeren Werkstoffanteilß möglich bleibt, wie auch seines gegebenenfalls separierten Dekormaterials, ziel war es, sich den Anforderungen der Zukunft an die Industrie auf Entsorgung zu stellen, welche vom Gesetzgeber nach dem Verursacherprinzip als Vorstellung bereits besteht.

Diese Problematik und die vorgenannten Aufgaben werden, wie

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aus den nachstehenden Ansprüchen ersichtlich ist, gelöst.

Mil den hier bezeichneten Materialien kann dies, anders als bei den bisher aus unterschiedlichen Werkstoffen zusammengesetzten Formteilen, heute schon realisiert werden, im

ahnten des echt»n stoff liehen Wiederverwertens der bis zur Rückführung auf das Ausgangsmaterial, hier einer Faser, möglich ist, wobei Energierecycling in Form von Verbrennen mit den bis heute nicht gelösten Problemen oder Belastungen wertvollen Deponierauics vermieden wird.

Die Faser A) kann eine Vollfaser oder eine Hohlkammerfaser sein. Die Mehrkomponentenfaser besteht aus einer sogenannten Mehrschichtfaser, z.B. Side-by-Side-Type oder Mantelkernfaser oder einer Fibrilientype, üblicherweise aber als Faser aus einem Kern und einem Mantel, wobei der Schmelzpunkt des Kernmaterials üblicherweise oberhalb des Schmelzpunktes des ümmantelungsmaterials liegt.

Das Kennzeichnende am erfindungrgemäßen Faserkörper ist, daß er jeweils aus Fasern der gleichen chemischen Art zusammengesetzt ist, also aus einfachen Polyesterfasern, und dann bsi der Mehrkom^onentenfaser z.B. aus einer Polyesterfaser, bestehend aus Polyestermantel und Polyesterkern.

Als Polyesterfaser A) kann beispielsweise in Frage kommen Trevira Spinnfaser UCCK 035/X, als» Mehrkomponentenpolyesterfaser, z.B. Trevira Type 252. Als Polyamidfasern A) können eingesetzt werden z.B. PA 6 Grilon, als Mehrkomponenten-Polyamidfauer B) können eingesetzt werden z.B. PA 6,6 Dipolyn.

Als Polyoleiinfasern A) kommen z.B. Fasern aus HDPE und LDPE und PP in Frage, z.B. Danaklon EA oder Danaklon Soft, Danaklon ES Typen als Mehrkomponentenfaser B).

Als Hohlfaser kann z.B. Dypont-Polyester Fiberfill Type

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D202 verwendet werden.

Die Einfachfasern A) besitzen eine Dicke von 1,7 bis 1000 dtex/ vorzugsweise von 3 bis 170, insbesondere 3 bis 30 dtex. Sie besitzen ferner eine Stapelfaserlänge von 20 bis 150 nun, vorzugsweise 30 bis 80 nun, insbesondere 40 bis 65 nun.

Die Mehrkomponentenfaser B) besitzt eine Dicke von 17 bis 1000 dtex, vorzugsweise von 3 bis 170 dtex, insbesondere von 3 bis 30 dtex, sowie eine StapeJ.faserlänge von 20 bis 150 nun, vorzugsweise von 30 bis 80 mL;, insbesondere von 40 bis 65 nun.

Endlosfasern besitzen eine Dicke von 1,7 bis 1000 dtex, vorzugsweise 3 bis 170 dtex, insbesondere von 4 bis 30 dtex.

Alternativ zur eingesetzten Mehrkomponentenfaser, die die Aufgabe hat, die Fasern zu verschmelzen und die Steifigkeit herbeizuführen, kann in die Faserstruktur auch ein Polymerpuder aus einem chemisch identischen Aufbau beigemengt werden.

Das Polymerpuder wird in einer Menge von 10 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise von 20 bis 50, insbesondere von 30 bis 40 Gew.-% zugesetzt.

Die erfindungsgemäße Faserstruktur kann nur eine einzige Hauptschicht umfassen, sie sollte jedoch um Schall, Vibration, Wärmedämmung und unterschiedliche Verdichtungen besser darzustellen, auch zwei oder mehrere Faserhauptschichten aufweisen, die, was die Fasermischungen angeht, in sich homogen sind. Die Mischungsverhältnisse in den Hauptschichten können aber auch unterschiedlich sein. Das heißt aber, daß die Hauptschichten trotzdem immer aus dem gleichen Material sind, also entweder Polyester oder Polyamid oder Polyolefin.

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Bevorzugt für den Bereich Dämmung ist beispielsweise ein thermisch vefestigt«.r Faserkörper, dessen obere Hauptschicht einen Anteil von 0 bi&eegr; 40 % Mehrkomponentenfasern, Restfaser A), z.B. Typ Ftillfaser, und die Unterschicht von 20 bis 50 % Mehrkomponentei!Casern, Restfaser A) enthält, wobei die Fasermischungen jeweils innerhalb der entsprechenden Hauptschicht homogen vermischt sind. Die Faserlängen liegen hier im unteren Bereich. Zusätzlich ist die Matte einseitig mechanisch verfestigt. Die Dicken der Hauptschichten sind nicht kritisch, sie werden nach den Bedürfnissen ausgewählt.

Die erfindungsgemäßen Faserstrukturen sind vielfältig einsetzbar und werden zu Formteilen verarbeitet. Dabei ist es durch die Wahl der Fasermischungen und ihre Begrenzung auf einen Werkstoff, unter Einbeziehung der z.Zt. überwiegend verwendeten Oberflächenmaterialien aus Polyester, Polyamid und Polypropylen, erstmals möglich, die Formteile im Recyclingverfahren wiederaufzubereiten. Außerdem, und das ist auch beachtlich, entstehen bei der Verarbeitung der erfindungsgemäßen Faserkörper, wie auch der Formteile keine Dämpfe oder Gase, die die Umwelt belasten, da von jeglichen lösungsmittelhaltigen Bindemitteln Abstand genommen worden ist.

Durch den Faseraufbau und zudem durch Einsatz ausschließlich von Krafteinleitung und Energie (vorwiegend Wärme) erhält die Faserstruktur ihre endgültige Form, wobei in einem Arbeitsgang Bereiche mit stark unterschiedlichen Dichten dargestellt werden können. Der Formkörper wird dabei auch als tragendes Teil in Einbaulage durch sein Eigengewicht seine Form nicht mehr verändern, sofern es nicht durch den Einsatz des Formteils gefordert ist. Durch den Anteil und die Positionierung der Mehrkomponentenfaser sowie deren Stapellänge unter Berücksichtigung der aufgewendeten Kraft und Verdichtung, somit in einem Arbeitsschiitt, können wichtige Funktionen für die Schallisolierung, die Vibrationsdämmung, wie auch der Wärmeisolierung, wie schichtiger

unterschiedlich verdichteter Aufbau mit wachsenden Anteilen an Faserkreuzungspunkten, erfüllt werden.

Durch den Eineatz einer thermoplastischen Haftschicht ist darüber hinaus gewährleistet, daß artfremde Dekorschichten, j die einem Recycling entgegenstehen, allein durch Wärmeaktivierung entfernt weiden künntm, so &uacgr;&agr;&udigr; beide Teile dann

durch Separierung wiederverwertet, gegebenenfalls entsorgt ! werden können.

Durch Einsatz von Endlosfasern läßt sich darüber hinaus die Reißfestigkeit, Schlagzähigkeit, Kältefestigkeit noch einmal deutlich erhöhen, um extremeren Belastungen gerecht zu werden.

Durch den Einsatz von Hohlkammerfasorn ist die Sprungelastizität und Dauerrückstellkraft deutlich zu erhöhen.

j Die unterschiedliche Verdichtung ermöglicht es, in einem Arbeitsgang Formen darzustellen, tür die bisher in jedem Fall ein zweiter Werkstoff (hier vorwiegend Schaum) benötigt wurde, der die Wiederverwertung ausgeschlossen hat.

Die erfindungsgemäßen Faserstrukturen können in folgender Weise zu Formteilen verarbeitet werden:

a. Die aufbereiteten Fasern werden homogen vermischt und aerodynamisch über Luft oder anderen Fluiden als Transportmedium auf verformten, perforierten, siebartigen Wekrzeugen abgelagert. Die obere Werkzeughälfte ist ebenfalls luftdurchlässig. Anschließend wird die Fasermatte wärmebehandelt ( z.B. Heißluft), verpreßt, über z.B. Kaltluft abgekühlt und der weiteren Oberflächenbehandlung zugeführt.

b. Die Faserstruktur wird zuerst als Halbzeug in Form einer Matte hergestellt. Diese Matte kann nun zusätzlich ein- oder

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beidseitig mechanisch vorgefestigt werden und durchläuft einen Wärmeofen. Hier werden heiße Gase, vorwiegend Luft, durch die Faserstruktur geblasen bzw. gesaugt und anschließend über mehrere Kalanderwalzen vorverdichtet. Das ao erhaltene Produkt kann danach in ein heißes Werkzeug eingelegt, verpreßt und dabei verformt, anschließend in eine Ahlciiblwm-lcKPmrj nelt.il·. nonohononfa 1 1 s onrfutrHirhtot- ont-nnm.

&pgr;&kgr;»&eegr; und, sofern notwendig, weiterbearbeitet werden.

c. Das Verfahren erfolgt wie unter b beschrieben, nur daß nach dem Vorverdichten wieder perforierte, siebartige Werkzeughälften eingesetzt werden, durch die z.B. heiße Luft gesaugt wird, /anschließend wird mit z.B. kalter Luft abgekühlt und das Endprodukt entnommen.

d. Das Verfahren erfolgt wie unter b geschildert, nur daß nach der Vorverdichtung eine weitere Abkr^Iung erfolgt und das Halbzeug abgestapelt wird, diese Matte läßt sich nunmehr in einem weiteren Arbeitsgang in einem umluftbereich

ui'o^or »&ngr;»»- &ngr;._&Lgr;·! &agr;~— T.-,&iacgr;+- ™-k ^.c.n. »..—u ::i ct. — &ngr;. &igr;

oder Kontaktwärme aufheizen und zwischen gekühlten Werkzeugen ablegen. Anschließend wird verpreßt, das dimenionsstabi-Ie Formteil danach entnommen und bei Bedarf weiterbehandelt.

Die erfindungsgemäßen Formteile können insb.&ngr; .dere in der Kraftfahrzeug-, Luft- und Schienenfahrzeugindustrie zur Herstellung von jeder Art Fahrzeugauskleidung Anwendung finden. Sie sind z.B. auch für die Herstellung von PKW-Türseitenverkleidungen, Sonnenblenden, Motorraum- und Kofferrai23iisolierungen, Armlehnen und Dämmteilen hinter verformten Teppichen, geeignet.

Wie schon oben arwähnt, können die erfindungsgmeäßen Formteile nach Verschleiß, bei Fehlproduktionen, Stanzabfällen, oder bei der Demontage bei Kfz-Teilen wieder aufbereitet werden, und zwar durch Zerkleinern. In diesem Fall läßt sich aus dem zerkleinerten Werkstoff über Schmelzkonfektionierung

ein Granulat gewinnen. Dieses Granulat läßt sich über einen thermoplastischen Zustand in einer Schmelze zu einer Folie, einer Platte, einem Formteil extrudieren, oder wenn absolut chemisch identisches Material im Formteil existiert hat, kann eine Faser mit dem chemisch gleichen Aufbau wiedergewonnen werden. Dieselbe Verfahrensweise läßt sich einsetzen, sofern artfremde Oberflächen eingesetzt worden sind und dieselben durch Wärmeaktivierung der thermoplastischen Haftschicht entfernt werden konnten. Art und Grad der Entsorgung bei den Oberflächenmaterialien hängt von deren Werkstoffzusammensetzung ab.

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Beispiel 1 (Verfahren a)

Es soll ein Formteil für die Armauflage in einem PKW hergestellt issrdaB. Dia ?fsr6 wird nicht obörfllcheakasc!:.: -rt, soll aber hohe Dauerrückstellkräfte haben und. Festigkeiten darstellen, wie sis in PÜR-Schauis sit einem Raumgetricht. von

50 kg/cm³ zeigt. Als Grundfaser wird eine Polyesterhohlkaromerfar ?r der Type Dacron Fiberfill 13 dtex, 63 ^ ~i;apellänge und als Schmelzfaser eine Trevira Type 4,4 dtex

51 mm homogen vermischt. Das Mischungsverhältnis beträgt 50/50 %. Diese Mischung wird aus einer Art Silo über Luftströmung auf einem gelochten Unterwerkzeug abgelegt und bei Erreichen des gewünschten hohen Flächengewichts das ebenfalls gelochte Oberwerkzeug geschlossen, wobei das Teil insgesamt verdichtet wird. Dabei wird dieses Werkzeug dann einer Heißluftströmung ausgesetzt, wobei Temperatur, Luftstromstärke und Strömungsdauer abhängig vom Volumen des Formteils sind. Anschließend wird das Formteil mit einem Raumgewicht von ca. 30 kg/cm³ unter Kaltluftzufuhr abgekühlt, wobei die Fasern fixiert werden. Das Teil wird nun dem Werkzeug entnommen und zur weiteren Verwendung bearbeitet.

Beispiel 2 (Verfahren b)

In diesem Beispiel soll eine sogenannte C-Säule (Formteil zwischen Heckscheibe und hinterer Tür im PKW) hergestellt werden, unter Verwendung von Polyamidfasern Type PA 6 Grilon 7 dtex und einer Faserlänge von 60 mm und einer Mantelkernfaser Type PA 6,6 Dipol.yn 4,4 dtex und einer Faserlänge von 50 mm. Die Matte wird mit einem Polyemidgewirke 170 g/m², 1 mm Dicke kaschiert. Dieses Gewirke ist vorher rückseitig mit einer Copolyamid-Schinelzkleberfolie mit 50 g/m³ beschichtet. Die Aktivierungstemperaturen liegen zwischen 120 und 13O⁰C die Erweichungstemperatur bei 100⁰C. Die Matte kommt mit einer Körperwärme von 80°C aus der Vorverdichtung und wird in ein heißes Vorformwerkzeug gelegt. Hier erhält das Teil wieder sein© benötigte Körperwärme von ca. 16O⁰C und wird dann aus diesem Werkzeug in ein Auekühlwerkzeug gelegt.

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Hier wird nun das Gewirke als Endlosbahn zwischen die Werkzeughälften geführt, mit dem Faserkörper endverpreßt und kaschiert. Die Körperwärme von zuletzt ca. 130 bis 140⁰C in Verbindung mit dem Druck reicht aus, die Copolyamidfolie zu aktivieren und einen Verbund herzustellen. Aus dem Auskühlwerkzeug kann ein formstabiles oberflächenvs^«daltes Forateil zur weiteren Bearbeitung forrostabil entnommen werden.

-ä (Verfi ^n c)

v!.rd eine Matte aut PP F^ser 17 dtex 80 mm und einer Bikomponentenfaser ES 3,3 a_:ax 60 me jomogim vermischt. Der Anteil iiehrkomponentenfaeer:Einfachraser liegt bei 30:70, in der oberen Hauptschicht mit einer vresaiucdicke von 25 mm und von 15*85 % bei der weiteren ebenfalls 25 mm Gesamtstärke. Sie wird zu einer Matte von 1000 g und 50 mm Dicke vorverdichtet und zwisc^engelagert. Diese Matte wird jetzt zwischen zwei perforierte Werkzeughälften geführt, einer Heißlüftströmung ausgesetzt, wobei das Material in Bereiche mit stark unterschiedlichen Verdichtungen verformt und verpreßt wird, um den Verformungen der Karosserie zu entsprechen. Temperatur, Strömungegeschwindigkeit und Dauer sind wieder abhängig vom angestrebten Flächenbild des Formteils. Die verformte Matte wird anschließend direkt auf einen verformten Teppich mit einer EPDM-Schwerschichtfolie aufgepreßt. (Ein Verbund aus PP-Faserstruktur, EPDM-Schwerschicht und PP-Faserteppich ist als Polyolefin-Verbund wiederzuverwerten). Daher wird die Abkühlphase kurz gehalten und die Restwärme des Formteils ausgenutzt, um eine Verklebung der Faeerstruktur mit dem Teppichformteil herbeizuführen.

Beispiel 4 (Verfahren d)

Hierbei soll eine Hutablage von Kraftfahrzeugen hergestellt werden, mit als Oberware ein Nadelvliee von 340 g/m² lnd als Unterseite ein Nadelvlies mit 100 g/m², beide aus Polyester.

Mail geht dabei VOü üiiiöJL PöIyBänerfäseirniiscnuTig mit einem

Verhältnis von Polyesterfaser zur Mehrkomponentenftser

&iacgr; von 60:40 aus. Die Polyesterfaser hat eine Dicke von 12 dtex und eine Stapelfaserlänge von 50 mm_f die Mehrkomponentenfa- f ser, Typ Mantelkexnfaser, fest oin^ Dicke von 4,4 dtex und eine Stäpelfaserlänge von 50 mu. Aus diesen beiden Faser- -nteilen wird ein Faserkörper in Form einer Fasermatte mit % 1000 g/m² hergestellt und wärmebehandelt. Die ursprünglich um % ein mehrfaches dickere Matte wird vorverdichtet auf 40 mm. l> Das Halbzeug wird nun in eine Art Wärmekammer geleitet und ^f mit Heißluft auf 180⁰C erwärmt. Wichtig ist, daß diese Wärme \i; im ganzen Faserkörper erreicht ist. Die Strömungsgeschwin- % digkeit, Stärke und Dauer ist wieder formabhängig. Danach wird die so vorbehandelte Matte zum Verformungswerkzeug transportiert und abgelegt. Das eingesetzte Copolyester-Schmelzpulver wurde auf die beiden Vliesmaterialien vorher mit 50 g bei der Oberware und mit 30 g bei der Unterware aufgesintert. Das zu kaschierende Dekormaterial, Polystervlies mit 340 g/m² Flächengewicht und 4 mm Dicke, wird vorher wie auch die 100 g Unterware als Endlcsbahn zwischen überuiid Unterwerkiteug geführt, wobei beide Materialien über Strahlerwärme mit ca. 9O⁰C vorgewärmt wurden, di© Ober- und Unterwerkzeug» sind gekühlt. Mit dem Verpressen und Verformen übertragt die Faeermatte ihre Eigenwärme noch auf die thermoplastische Haftschicht und geht einen festen Verbund ein. Durch da» Schockgefrieren werden die Fasern fixiert und eingefroren, »o daß das Formteil auch sofort gestanzt, dem Werkzeug entnommen und der Weiterbearbeitung zugeführt wird.

Claims

Schutzansprüche

1. Formteil, enthaltend eine oder mehrere Faserstrukturen auf der Basis von Polyester-, Polyamid oder Polyolefinfasern, dadurch gekennzeichnet , daß die Faserstruktur A) im wesentlichen Polyester-, Polyamid- oder Polyolefinfasern mit 1,7 bis 1000 dtex und einer Stapeifa serlänge von 20 bis 150 mm sowie B) Mehrkomponentenfaeern der mit der Faser A) identischen Zusammensetzung, aiso Polyester, Polyamid oder Polyolefin enthält, mit 1,7 bis 1000 dtex und 20 bis 150 mm Stapelfaserlänge, ausschließlich aus Kraft und Energie verformt und aus Bereichen mit unterschiedlicher Dichte bestehen kann, die in Einbaulage durch ihr Eigengewicht ihre Form nicht verändern.

2. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß es an einer oder mehreren Oberflächen eine thermoplastische Haftschicht aus dem artgleichen Material besitzt.

3, Formteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß es zusätzlich eine oder mehrere Dekorschichten aus dem artgleichen Material enthält.