EP1007775B1

EP1007775B1 - Langfaser-schaumverbund

Info

Publication number: EP1007775B1
Application number: EP98941244A
Authority: EP
Inventors: Rolf Hesch
Original assignee: Moeller Plast GmbH
Current assignee: Moeller Plast GmbH
Priority date: 1997-08-26
Filing date: 1998-06-29
Publication date: 2001-11-21
Anticipated expiration: 2018-06-29
Also published as: CA2302006A1; EP1007775A1; DE19737014A1; DE59802757D1; AU8972098A; WO1999010581A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Langfaser-Schaumverbundes in Form eines Geleges.

Nach dem Stand der Technik werden Vliese, Matten und ähnliche Gelege aus Fasern und anderen längsorientierten Gebilden mit hohem Schlankheitsgrad in der Weise abgebunden, daß sie

mechanisch verfestigt werden, z. B. durch Nadelung, Versteppung, Verfilzung,
durch Thermobonding verschweißt werden, wenn als Fasern u. ä. ganz oder teilweise thermoplastisches Material verwendet wird,
durch Aufbringung von Klebstoffen durch Tauchung, Aufsprühung, Schmälzung u. ä.

Bekannt sind ferner Schaumwerkstoffe und Schaumverbundstoffe, in welche Fasern, Vliese, Gewebe u. ä. Gebilde als Verstärkung eingebracht werden und bei denen der Schaum den Zusammenhalt bewirkt.

Oben genannte Erzeugnisse und Verfahren weisen eine Reihe von Beschränkungen auf:

mechanische Verbindungssysteme führen zwangsläufig zu einer Verdichtung der Gelege, welche für einen Großteil der Anwendungsgebiete unerwünscht ist, besonders für Dämmstoffe.
Thermobonding mit Ein- oder Bikomponentenfasern erfordert, je nach Anwendungsgebiet, einen Polymeranteil von meist zwischen 15 % und 50 %. Dadurch lassen sich vielfach bewährte Produkte herstellen. Aber jede Synthese ist mit einem hohen Energieverbrauch und somit mit hohen Emissionen verbunden. Außerdem sind die Kosten von chemischen oder Synthesefasern hoch.
Tauchen und Sprühen erfolgt überwiegend mit Elastomeren, aber auch mit Duromeren, und z. T. auch mit mineralischen Bindemitteln. Nach dem Verfahren lassen sich z. B. in Kombination mit Elastomeren hervorragende Postermaterialien herstellen. Aber der Verbrauch an Bindemitteln ist hoch und somit die Kosten und die Emissionen.

Als Polstermaterial für Autositze, Polstermöbel u. ä. haben die meisten Naturfasern den Nachteil, daß sie durch Gebrauch zusammengedrückt, also "plattgesessen" werden. Mangels eigener Rückstellkräfte der meisten Naturfasern bleiben sie dann in diesem Zustand.

In DE-A-1 685 180 wird das Bindemittel in Gestalt von aufschäurnbarem Material auf das bereits fertiggestellte Vlies aufgebracht bzw. eingebracht, wobei das aufschäumbare Bindemittel in der Konsistenz einer dickflüssigen Paste unter Druck auf bzw. in das Vlies gesprüht wird, also nach Fertigstellung des Vlieses. Hierbei dient der Schaum ausschließlich als Bindemittel, das an den Kreuzungspunkten des Faservlieses kleine Bereiche des aufgeschäumten Bindemittels ausbildet. Nach der DE-A-1 947 142 sollen Bindemittel so modifiziert werden, daß sie beim Auftrag auf textile Flächengebilde die textilphysikalischen Eigenschaften nicht verändern. Durch diese Maßnahme werden fertige Flächengebilde nachträglich behandelt, d. h., nachträglich verfestigt. Aus der WO 93/07318 ist eine Methode bekannt, nach der Schaumstofflocken durch Polymerfasern miteinander verbunden werden, indem sie angeschmolzen und so miteinander verklebt werden, also das bekannte "Thermobonding". Die hier eingesetzten Schaumstofflocken haben weder eine verbindende Funktion, noch eine von innen abstützende Funktion.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Langfaser-Schaumverbund zu schaffen, bei dem die Langfasern zu einem lockeren, aber dennoch formstabilen Gelege mit guten Rückstelleigenschaften verbunden sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der aufgezeigten Gattung gelöst, bei dem die Schaumkörperchen mit Treibmitteln bei der Bildung des Geleges zwischen den Fasern eingebracht werden und die Langfasern durch Reaktion oder Aktivierung des Treibmittels partial verbunden werden, wodurch eine knotenpunktförmige Verbindung hergestellt wird. Dabei können die knotenpunktförmig verbindenden Schaumkörperchen in geschäumter oder ungeschäumter Form in das Gelege eingebracht werden. Es besteht die Möglichkeit, die in ungeschäumter Form eingebrachten Schaumkörperchen durch Reaktion oder durch Aktivierung vorher eingebrachter Treibmittel aufzuschäumen. In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zwischen den Schaumkörperchen nur von Fasern durchspannte schaumfreie Zonen gebildet. Nach einem weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens können als Fasern Naturfasern, Chemiefasern, Synthesefasern, anorganische Fasern sowohl als Primärfasern als auch als Recyclingfasem oder Mischungen davon verwendet werden.

Zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den übrigen Unteransprüchen aufgezeigt.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind vielfach:

Lockere Faser-, insbesondere Naturfaserverbunde, die sich nach dem Stand der Technik als Polstermaterial mangels guter Rückstelleigenschaften nur bedingt eignen, erhalten bei Verwendung von Elastomeren oder Thermoelasten zur Bildung der Schaumkörperchen ein gutes Rückstellvermögen und werden so zu einem hochwertigen Polstermaterial. Im Gegensatz zu Elastomere-Faserverbunden nach dem Stand der Technik, bei denen die Fasern von ungeschäumten Elastomeren weitestgehend ummantelt werden, ergibt sich durch den nur partialen Einsatz des Elastomers ein wesentlich sparsamerer Verbrauch. Der sparsame Verbrauch wird durch die Schäumung weiter gesteigert. Die Schäumung bewirkt gleichzeitig aber auch ein besseres Polsterungsverhalten und bessere Formbeständigkeit bzw. Rückstellung nach Belastung. Auch das Fasergefüge kann lockerer gestaltet werden, wodurch sich auch eine Einsparung an Fasern ergibt. Für Naturfasern kann über die erfindungsgemäße Lösung erwartet werden, daß sich ein größerer Markt aufbauen läßt.
Für Zwecke der Wärmedämmung kann mit der erfindungsgemäßen Lösung das derzeit bestehende Hauptproblem der Naturfasern gelöst werden. Es wird als schwerwiegender Mangel bewertet, daß sich Dämmvliese aus Flachs-, Hanf-, Schafwollfasern etc. mangels Eigensteifigkeit nachträglich setzen. Dadurch geht über die Jahre ein wesentlicher Teil der Dämmwirkung verloren.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Partialschaumverbundes können die Naturfasern ebenso wie andere Fasern mit einem durch Schäumung minimierten Bindmittelaufwand punktförmig miteinander verbunden werden. Vor allem aber stützen die Schaumkörperchen die Fasern von innen her ab und gewährleisten, daß sie über die Zeit nicht in sich zusammensinken können.

Mehr noch, schäumt man die schäumbaren Materialien erst nach Einbringung zwischen die Fasern auf, so treiben sie die Fasern auseinander und bewirken eine Verringerung der Dichte der Gelege, wie sie ohne das erfindungsgemäße Verfahren gar nicht erreichbar wäre. Da Dämmstoffe bekanntlich um so besser dämmen, je geringer die Dichte ist, wird durch das erfindungsgemäße Verfahren neben der angestrebten Formbeständigkeit auch eine Steigerung des Dämmvermögens über das naturgebende Maß hinaus bewirkt.

Bekanntlich dämmt nicht die Faser, sondern die in ihr und zwischen ihr gekammmerte, stehende Luft. Je geringer die Dichte der Faserverbunde bzw. -gelege, um so leichter gerät die Luft dazwischen in Bewegung und vermindert dadurch die Dämmwirkung. Dem kann entgegengewirkt werden, indem man den Dämmstoff durch winddichte Kaschierung mit Papieren, Folie oder anderen winddichten Materialien vor Luftbewegung von außen schützt. Solche Windsperren können bei der Bildung der Vliese oder anderweitigen Gelege unmittelbar an den Dämmstoff angebracht werden, indem man die Formung darauf bewirkt. Der Verbund zwischen Fasern und Windsperre kann dabei u. a. durch die bei Herstellung noch klebfähigen Schaumkörperchen oder auch durch eine aufgesprühte Klebstoffschicht bewirkt werden. Windsperren bzw. Schichten, welche eine Konvektion der Luft innerhalb der Fasern verhindern sollen, können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein- oder beidseitig aufgebracht werden. Als Windsperren kommen auch ein- oder beidseitig aufgebrachte, dünne Schaumschichten oder Feinvliese in Frage.

Durch die Erfindung ist es möglich, mit geringstem Aufwand eine Formstabilisierung bei leichten bis sehr leichten Vliesen zu erreichen und die Rückstellkräfte zu steigern. Die in den Schaumkörperchen knotenpunktförmig verklebten Langfasern sorgen dafür, daß der Schaum seitlich verspannt wird, es also nicht zu den für Schaumpolsterungen typischen, unerwünschten seitlichen Ausweich- und Schaukelbewegungen kommt. Die Tatsache, daß nur ein Teil des Gesamtvolumens aus Schaum besteht, der übrige Teil dagegen aus zwar partial verklebten, aber überwiegend offenen Fasersystemen, ergibt eine besonders gute Luftdurchlässigkeit - für Polstermaterialien ein besonderer Vorteil.

Für die Herstellung der genannten Partialschaumverbunde eignen sich Polymere, Elastomere und auch Duromere im Zustand des Vorkondensates oder Voradduktes. Die Einbringung in bereits geschäumter Form soll vorzugsweise dann zur Anwendung kommen, wenn eine Bindung zum Vlies oder anderweitigem Gelege ohne zusätzliche Dichteverringerung des Geleges stattfinden soll.

Die Einbringung von reaktiv schäumbaren Systemen oder nachträglich aufschäumbaren Systemen, z. B. durch nachträgliche Energieeinleitung, soll vorzugsweise dann zur Anwendung kommen, wenn das Aufschäumen frei erfolgen und dazu dienen soll, durch das Steigen des Schaumes auch die Dichte des Vlies oder anderweitigen Gelegeschüttung weiter zu verringern, als dies durch die Vliesformung selbst möglich ist. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, das Aufschäumen in einem begrenzten Volumen, z. B. in einer Doppelbandpresse oder in einer Form, z. B. für PKW-Sitze durchzuführen. Auf diese Weise können gezielt technisch erforderliche oder erwünschte Dichten erzeugt werden. Der durch den Aufschäumdruck erzeugte Innendruck preßt dabei das Langfaser-Partialschaumsystem an die Wandungen der Form und bewirkt so das Entstehen von Formteilen, z. B. Polster für PKW-Sitze. In die Form oder die Doppelbandpresse eingelegte Deckschichten für dekorative oder andere Zwecke können dabei sofort angeschäumt werden.

Eine Steigerung der Festigkeit von Langfaser-Partialschaumverbunden kann erfindungsgemäß erreicht werden, indem die Schaumkörperchen bereits geschäumt oder nachträglich aufschäumbar in beschriebener Weise in eine Mischung von Naturfasern und Polymerfasern eingebracht werden. Zusätzlich zu der knotenförmigen Verbindung der Langfasern durch Partialschaumkörperchen kann dann durch Thermobonding eine festigkeitssteigernde Verschmelzung der Polymerfasern an ihren Kreuzungspunkten erfolgen.

Sollen Festigkeit gesteigert und Dichte gleichzeitig gesenkt werden, - eine Forderung, die besonders im Kraftfahrzeugbau zunehmende Bedeutung gewinnt, dann können in die Mischung mit Naturfasern statt Polymerfasern nach dem Stand der Technik solche Polymerfasern eingemischt werden, die bereits beim Spinnen geschäumt wurden oder erst nach der Vermischung bzw. Gelegebildung durch Einleitung von Energie, welche in der Schmelze eingebrachte Treibmittel aktiviert und das Polymer aufschäumt.

Partialschaumgebundene Gelege aus Mischungen von Naturfasern und Polymerfasern, ungeschäumt, vorher verschäumt oder nachträglich aufschäumend, bieten auch die Möglichkeit, daß über die Polymerfasern oder die Schaumkörperchen, wenn sie aus wärmeaktivierbarem Material bestehen, eine Ankopplung an Bleche, Folien, Gewebe und vergleichbare flächige Materialien erfolgen kann, ggf. unter Primerung der flächigen Materialien. Auf diese Art und Weise wird es möglich, Leichtbauteile hoher Festigkeit zu erzeugen, z. B. Autotüren, PKW-Innenverkleidungen, Sandwichelemente aller Art u. a. m.

Obige Leichtbauteile als Sandwichelemente unterschiedlicher Art können auch erfindungsgemäß hergestellt werden, wenn anstelle der Verwendung von Polymerfasern das Gelege ein- oder beidseitig mit einem Klebstoff versehen wird oder einer Deckschicht aus Schaum, der eine klebende Wirkung besitzt und in der Lage ist, das Gelege mit flächenförmigen Gebilden, z. B. Blechen, Dekorstoffen u. a. m. zu verkleben oder thermisch zu verschweißen.

Nach obigen Systemen hergestellte Vliese u. ä. können tiefgezogen und nachträglich formverpreßt werden, wenn sie thermoplastische Bestandteile und/oder duromere Bestandteile in noch nicht vernetztem Zustand beinhalten. Dabei können die Vliese in der Form zonenweise unterschiedlich hoch verdichtet werden. In der Randzone z. B. hochverdichtet, um hohe Festigkeit und Steifigkeit,z. B. für selbsttragende Teile,zu erzielen und im Mittelfeld nur geringverdichtet, um u. a. Polsterung zu bewirken. Möglich ist es nach diesem Verfahren, auch Rippen oder Prägungen für Versteifungszwecke oder Zierzwecke in das Formteil mit wählbarer Tiefe und Dichte einzupressen. Das Verfahren bietet sich insbesondere dafür an, steife, formstabile und dennoch leichte Innenausstattungsteile für Fahrzeuge herzustellen, welche im Crash-Fall nicht splittern.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Langfaser-Schaumverbundes in Form eines Geleges, bei dem die Schaumkörperchen mit Treibmitteln bei der Bildung des Geleges zwischen die Fasern eingebracht werden und die Langfasem durch Reaktion oder Aktivierung des Treibmittels partial verbunden werden, wodurch eine knotenpunktförmige Verbindung hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die knotenpunktförmig verbindenden Schaumkörperchen in geschäumter oder ungeschäumter Form in das Gelege eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in ungeschäumter Form eingebrachten Schaumkörperchen durch Reaktion oder durch Aktivierung vorher eingebrachter Treibmittel aufgeschäumt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Schaumkörperchen nur von Fasern durchspannte schaumfreie Zonen gebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Fasern Naturfasern, Chemiefasern, Synthesefasern, anorganische Fasern sowohl als Primärfasern als auch als Recyclingfasern oder Mischungen davon verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschäumung ohne Volumenbegrenzung frei erfolgt, so daß durch vollständige Aufschäumung eine minimal mögliche Dichte erreicht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschäumung in einem durch eine Doppelbandpresse, Form o. ä. vorbestimmten Volumen mit dadurch vorbestimmter Dichte durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß geschäumte Polymerfasern in die Fasermischung eingebracht sind und durch Thermobonding an den Kreuzungspunkten miteinander verschmolzen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Treibmittel enthaltende Polymerfasern in die Fasermischung eingebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelege durch Verpressung in Formen zu Formteilen mit gleichmäßig verdichteter Zone oder unterschiedlich verdichteten Zonen geformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Formteile ein- oder beidseitig eine Klebstoffschicht oder eine klebfähige Schaumschicht aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Oberflächenbeschichtungsmaterialien dekorativer Art oder technischer Bestimmung angeklebt oder angeschäumt werden.