CN108081716A - 具有在压模中不附着的覆盖层的lwrt材料和由这种lwrt材料构成的机动车构件 - Google Patents

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Abstract

一种LWRT材料(10)，所述LWRT材料具有：芯层(12)，所述芯层包括热塑性粘合的构架纤维(20)；和至少一个覆盖层(14，16)，所述覆盖层同样包括热塑性粘合的构架纤维，所述LWRT材料的特征在于，覆盖层具有双组分纤维作为构架粘合剂纤维，所述构架粘合剂纤维分别具有：芯(28)，所述芯由芯材料构成，所述芯材料具有预定的芯熔化或芯软化温度；和在径向外部包围芯的包层(30)，所述包层由热塑性的包层材料构成，所述包层材料具有预定的包层熔化或包层软化温度，其中包层熔化或包层软化温度低于芯熔化或芯软化温度，并且其中双组分纤维(26)的包层用于纤维在覆盖层中的热塑性粘合。

Description

具有在压模中不附着的覆盖层的LWRT材料和由这种LWRT材料 构成的机动车构件
技术领域
本发明涉及一种LWRT材料，所述LWRT材料包括：芯层，所述芯层包括热塑性粘合的构架纤维；和至少一个覆盖层，所述覆盖层同样包括热塑性粘合的构架纤维。
本发明还涉及一种包括这种LWRT材料的机动车构件，尤其衬板构件，如例如地板衬板或车轮罩衬板。
背景技术
LWRT材料在机动车技术中也称作为轻质的纤维增强热塑性塑料(“LWRT”＝“LowWeight Reinforced Thermoplast”)。所述LWRT材料通常具有与其相应的压缩程度相关的、或多或少多孔的芯层，所述芯层的至少一个外侧直接地或间接地与覆盖层连接。
通常，芯层由纤维缠结(Fasergewirr)形成，所述纤维缠结通过热塑性塑料基质局部地粘合。热塑性塑料基质在此通常不填充在纤维缠结的纤维之间存在的全部空腔，使得芯层具有一定的孔隙度。通过在生产期间的压缩可设定芯层的或还有LWRT材料的孔隙度。
芯层的常见的材料混合物包括玻璃纤维，所述玻璃纤维通过聚烯烃，尤其聚丙烯，热塑性粘合。
芯层通常通过纤维混合物形成，包括提供芯层结构的构架纤维和提供构架纤维粘合的粘合剂纤维，所述构架纤维由具有高的熔化或软化温度的材料构成，所述粘合剂纤维由与构架纤维的材料相比具有较低的熔化或软化温度的材料构成。
将纤维混合物在其加工期间加热到在粘合剂纤维的熔化或软化温度和构架纤维的熔化或软化温度之间的温度水平上，使得粘合剂纤维熔化并且作为可流动的物质润湿构架纤维并且将所述构架纤维在初始的材料混合物再次冷却之后粘合。
随后能够是其他的加工步骤，如膨松(Loften)、压缩等。
从现有技术中已知的覆盖层原则上与芯层类似地构造，其中覆盖层通常具有比芯层更小的单位面积重量，并且其中粘合剂材料和构架纤维的重量份额能够不同于在芯层中存在的重量份额。
通过在芯层和覆盖层中的粘合剂纤维完全熔化，粘合剂材料在再次冷却之后不再如初始那样纤维状地存在，而是作为塑料基质存在，根据LWRT材料的压缩程度作为或多或少多孔的基质。
现有技术的已知的LWRT材料的缺点是，尤其在更靠外的覆盖层中的粘合剂纤维的熔化引起粘合剂材料不可控地流动到由覆盖层的构架纤维的纤维缠结形成的孔和空腔中，其中熔化的进而可流动的粘合剂材料也能够从覆盖层部分地向外流出。所述流出的粘合剂材料在加工已知的LWRT材料时能够引起LWRT覆盖层在加热板上或更普遍地在加热的加工工具上的附着或胶粘。
覆盖层在加工LWRT材料的工具的表面上的该不期望的附着目前通过在工具和覆盖层之间设置中间层来尝试避免。例如，对此在LWRT材料的覆盖层和接触加热工具之间设置保护毡。
尽管借助这种中间层能够防止或至少减少LWRT材料，尤其其覆盖层在加工工具上的附着，然而由于设置有必须保留在制成的LWRT构件上的中间层，不期望地提高构件成本和构件重量。
发明内容
因此，本发明基于如下目的，改进这种LWRT材料，使得在基本上相同的机械特性(例如强度)的情况下，即使在没有中间层的情况下也能够至少减少或甚至完全排除LWRT材料附着在加工工具，尤其接触加热装置上的倾向。
所述目的根据本发明通过一种开始提到类型的LWRT材料来实现，其中覆盖层包括双组分纤维作为构架粘合剂纤维，所述构架粘合剂纤维分别具有：芯，所述芯由芯材料构成，所述芯材料具有预定的芯熔化或芯软化温度；和在径向外部包围芯的包层，所述包层由热塑性的包层材料构成，所述包层材料具有预定的包层熔化或包层软化温度，其中包层熔化或包层软化温度低于芯熔化或芯软化温度，并且其中双组分纤维的包层有助于在覆盖层中纤维的热塑性粘合。
不同于已知的覆盖层，其中构架纤维仅通过热塑性的塑料基质热塑性粘合，在根据本发明的LWRT材料的覆盖层中，双组分纤维不仅用于覆盖层的结构，而且也用于覆盖层的纤维之间的热塑性粘合。双组分纤维因此称作为构架粘合剂纤维。所述构架粘合剂纤维作为形成构架的份额具有在上文中提到的具有相关联的芯材料的芯，并且作为形成粘合的份额具有由上述包层材料构成的包覆纤维的相应的芯的包层。
所述构架粘合剂纤维同样能够通过加热到在包层熔化或包层熔化或包层软化温度和芯熔化或芯软化温度之间的温度水平上通过相同的工艺加工，并且尤其热塑性地粘合，如这对于具有传统的覆盖层的LWRT材料而言是已知的。
根据本发明的LWRT材料的优点在于，双组分纤维的包层在加热超过包层熔化温度时虽然变得是熔融的，然而芯此外仍基本上完全被润湿，因此基本上保持其包覆形状。由此，与在传统的覆盖层中形成基质的过程不同，在根据本发明的LWRT材料的形成粘合的加热和随后的再次冷却时，没有热塑性粘合剂材料从覆盖层向外流出，或者这种材料仅以可忽略的量在个别部位上流出。在任何情况下，由于因此减少或甚至完全消除热塑性的粘合剂材料从覆盖层的纤维结构中向外流出，根据本发明的LWRT材料在加工LWRT材料的工具，尤其接触加热工具上的附着倾向实际上减小至零。借此，能够省去迄今需要的避免附着的中间层，并且能够在使用特性基本相同的情况下以更小的单位面积重量进而更小的成本提供LWRT材料。
当在本申请中提到芯熔化或芯软化温度与包层熔化或包层软化温度的比较时，始终将同类的温度相互比较，即要么将熔化温度相互比较，要么将软化温度相互比较。
如果芯材料在越来越热时在没有过渡到可流动的或软化的阶段的情况下，例如由于碳化或燃烧受到破坏，那么在本发明的意义上的芯也具有与包层材料相比更高的芯熔化或芯软化温度。决定性的仅为，芯材料在包层材料已经软化或熔化的温度下能够以形状稳定的形式存在。
与此相应地，芯材料能够从相应热稳定的材料中选择，例如选自聚酯，尤其聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯腈，尤其氧化的聚丙烯腈、纤维素，尤其粘胶纤维、聚醚醚酮、聚苯乙烯、玻璃、石英、石头、硅酸和金属。优选地，芯材料仅是上述材料之一，尽管不应排除芯材料也能够是由上述材料中的多种构成的材料复合物。
与此相应地，考虑热塑性的塑料作为包层材料，所述热塑性的塑料的熔化温度低于相关的芯材料的熔化温度。因此，作为包层材料尤其能够考虑(但并非仅考虑)：聚烯烃、聚酰胺或聚乳酸。出于低成本和简单的可加工性的原因，优选聚烯烃作为包层材料，在那里尤其是聚丙烯。
同样地，能够将共聚物用作为包层材料，所述共聚物包含称作为芯材料的热塑性的聚合物的共聚物，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯的共聚物。
通常，在机动车应用领域决定性的温度极限为大约220℃。因此，通常芯材料选择成，使得所述芯材料在220℃下形状稳定地存在，并且包层材料选择成，使得所述包层材料低于220℃时熔化。因此，能够制造对于机动车应用而言运行可靠的LWRT材料。
因为根据迄今的知识正是基质形成是造成现有技术的LWRT材料的已知的覆盖层的不期望的附着倾向的原因，所以根据本发明的LWRT材料的覆盖层优选不具有由热塑性的粘合剂材料构成的基质。
因此优选的是，覆盖层的纤维仅通过双组分纤维的彼此熔合的包层而热塑性地粘合。
在此，虽然原则上覆盖层能够仅由作为构架粘合剂纤维的所述双组分纤维构成。然而这对于提供LWRT材料中的稳定的、可负荷的覆盖层不是必需的。相反，足够的是，覆盖层中的纤维的一定份额是上述构架粘合剂纤维，并且覆盖层此外包含其他的，例如单组分的纤维，所述单组分的纤维通过熔化的包层一起粘合。
如果构架粘合剂纤维是包含在覆盖层中的纤维重量的至少10重量％，那么已经能够稳定地且可负荷地提供具有在此讨论的LWRT材料的机动车构件。
因为双组分纤维由于其与常规的单组分纤维相比更复杂的构造关于重量能够比常规的在现有技术的覆盖层中使用的纤维更贵，所以当构架粘合剂纤维不超过包含在覆盖层中的纤维重量的60重量％，优选不超过50重量％时，在制造在此讨论的覆盖层时的成本上升能够保持在一定范围中。构架粘合剂纤维的这种重量百分比份额足以借助在此讨论的LWRT材料稳定地制造本身高负荷的机动车构件。
那么其余的纤维能够是单组分的纤维，例如玻璃纤维或聚酯纤维。原则上，对于还包含在覆盖层中的非构架粘合剂纤维的纤维考虑也适合作为芯材料的任意材料。
实验已经证实，通过双组分的构架粘合剂纤维粘合的覆盖层在单位面积重量非常小的情况下已经能够提供用于保护芯层的非常好的机械保护特性，因此覆盖层有利地具有小于400g/m2，优选小于300g/m2，尤其优选小于250g/m2的单位面积重量。这尤其在如下情况下适用：覆盖层的纤维混合物除了构架粘合剂纤维之外还包含由聚酯，尤其聚对苯二甲酸乙二醇酯，和/或由氧化的聚丙烯腈和/或由粘胶纤维构成的纤维。这些纤维因此用作为覆盖层的构架纤维。
原则上，能够足够的是，芯层仅在其两个相对置的外侧中的一个上具有覆盖层。然而优选的是，芯层在其两侧上具有各一个覆盖层，因此芯层包在两个覆盖层之间。
芯层能够以本身已知的方式构成并且能够有利地具有在多孔的热塑性塑料基质中粘合的玻璃纤维和/或矿物纤维，和/或由与基质材料的熔化或软化温度相比具有更高的熔化或软化温度的塑料构成的塑料纤维。
覆盖层能够直接与芯层相邻，例如当在覆盖层中包含与芯层的基质粘合剂材料兼容或甚至相同的材料时如此。
然而，也能够考虑的是，在芯层和至少一个覆盖层之间设有中间层。所述中间层又能够包括纤维缠结或能够具有实心的薄膜。与中间层构成为纤维缠结或薄膜无关地，所述中间层优选具有热塑性的塑料，尤其优选具有不仅与覆盖层的材料而且也与芯层的材料兼容的热塑性的塑料。对此，又考虑聚烯烃并且优选聚丙烯，其不仅能够用作为覆盖层中的包层材料，而且也能够用作为芯层中的基质材料。
本发明还涉及一种机动车构件，所述机动车构件包括根据上述实施方式中任一项所述的LWRT材料，或所述机动车构件仅由这种LWRT材料形成。在此应不考虑机动车的可忽略的小部件，如用于连接在上级结构上的连接机构。
这种机动车构件例如能够是衬板构件，如能够用在机动车的地板上或用在车轮罩中。直的衬板构件能够借助在此讨论的LWRT材料由于在单位面积重量小的情况下已经可实现的高的碎石防护而有利地制造。
因此，此外优选的是，覆盖层形成机动车构件的向外露出的表面，以便借助所述向外露出的表面实际上提供有利的碎石保护或通常在机动车构件上的机械的碰撞保护。
附图说明
本发明下面根据所附的附图详细阐述。附图示出：
图1示出贯穿根据本发明实施的LWRT材料的粗略示意的横截面图，和
图2示出贯穿双组分构架粘合剂纤维的横截面图，如所述双组分粘合剂纤维在图1的LWRT材料的覆盖层中使用。
具体实施方式
在图1中概括地用10粗略示意地示出根据本发明的LWRT材料的横截面。LWRT材料10包括中央的芯层12、靠外的第一覆盖层14和靠外的第二覆盖层16。在第一覆盖层14和芯层12之间设有中间层18，所述中间层例如呈聚丙烯薄膜的形式。
芯层12由构架纤维20的纤维缠结形成，所述纤维缠结通过热塑性的塑料基质24彼此粘合。芯层12是多孔的，并且在制成状态下是部分压缩的，其中芯层的压缩程度能够是局部不同的，例如当芯层12在一些区域中由于在LWRT材料10中形成凹槽等与在其他区域中相比更大程度地被压实。
芯层12的热塑性的塑料基质24初始由纤维混合物形成，其中优选用聚丙烯作为基质材料，所述纤维混合物包含热稳定的构架纤维20和在图1中示出的加工状态下不再存在的由聚丙烯构成的粘合剂纤维。
LWRT材料10在其加工期间升高到如下温度，在所述温度下，粘合剂材料，在此为聚丙烯，以熔化的形式存在，使得初始存在的粘合剂纤维的纤维结构丧失，其中构架纤维20然而一直形状稳定地存在。
根据由LWRT材料10制成的构件的常规的应用，芯层12能够具有400g/m2至1200g/m2的单位面积重量。
覆盖层14和16基本上相同地构造，其中所述覆盖层的靠外的面14a和16b能够共同形成LWRT材料10的外面，因此下面对于两个覆盖层14和16代表性地仅详细阐述第一覆盖层14。
覆盖层14作为连续的组成部分具有双组分纤维26作为构架粘合剂纤维26。所述构架粘合剂纤维以10％至50％或10％至60％的重量份额包含在覆盖层的纤维混合物中。
构架粘合剂纤维26由两个组分形成，如这在图2中粗略示意地作为横截面图示出。
构架粘合剂纤维26具有中央的芯28，所述芯由芯材料构成，所述芯材料在如下温度下仍是形状稳定的，在所述温度下，沿环周方向完全包围芯28并且与芯28共同沿纤维纵向方向延伸的包层30的材料已经熔化。
例如，作为用于构成构架粘合剂纤维26的包层30的包层材料能够使用形成芯层12的基质24的相同的材料，在此为聚丙烯。芯28能够任意的、在较高温度下熔化的材料形成，然而优选是聚酯，尤其聚对苯二甲酸乙二醇酯。
除了构架粘合剂纤维26之外，覆盖层14包括其他常规的纤维，例如单组分纤维32，所述单组分纤维能够与芯层12的构架纤维20相同，所述构架纤维然而能够附加地或替选地由也形成构架粘合剂纤维26的芯28的材料形成。此外，附加的纤维32能够由粘胶纤维和/或由氧化的聚丙烯腈和/或由聚对苯二甲酸乙二醇酯形成，以便给予覆盖层14(和覆盖层16)突出的碎石防护能力。
不是覆盖层中的构架粘合剂纤维26的常规的纤维32的重量份额将构架粘合剂纤维26的重量份额补充至覆盖层14的纤维总重量的100％。
在覆盖层14和芯层12之间能够设有中间层18，所述中间层例如由聚丙烯构成，使得中间层18与芯层12中的基质24的基质材料以及与构架粘合剂纤维26的包层30的包层材料兼容，这简化层12、18和14彼此间的粘合。然而，中间层18能够由任意材料形成。必要时，所述中间层在另外设置增附剂材料的情况下连接至芯层12和/或覆盖层14。
仅出于给出的实例的原因，在芯层12和第二覆盖层16之间不设置有中间层，尽管在此也能够设有中间层。
由于有利兼容地选择的材料，即一方面基质24的材料和另一方面构架粘合剂纤维26的包层30的包层材料，也能够直接在芯层12和覆盖层16之间产生粘合。
因为芯层12的上述压缩通常在完成的LWRT材料10上进行，上面针对芯层12的说明相应适用于覆盖层14和16的压缩。
根据常规的应用情况，覆盖层14和/或16具有在180g/m2至400g/m2范围中的单位面积重量。
因为构架粘合剂纤维26的包层30的包层结构在加热超过熔点时也保持不变，在加工LWRT材料10时没有或仅可忽略量的包层材料经由外面14a向外流出，使得覆盖层14在其自由表面14a处附着在加工工具，尤其接触加热工具上的附着倾向小至消失。LWRT材料10因此能够在没有此外另外在LWRT材料10的露出的外侧14a和16b上设置保护毡的情况下实现。针对面14a的说明相应适用于LWRT材料10的同样露出的外面16b。

Claims (13)

1.一种LWRT材料(10)，所述LWRT材料具有：芯层(12)，所述芯层包括热塑性粘合的构架纤维(20)；和至少一个覆盖层(14，16)，所述覆盖层同样包括热塑性粘合的构架纤维(26，32)，
其特征在于，
所述覆盖层(14，16)包括双组分纤维(26)作为构架粘合剂纤维，所述双组分纤维分别具有：芯(28)，所述芯由芯材料构成，所述芯材料具有预定的芯熔化或芯软化温度；和在径向外部包围所述芯(28)的包层(30)，所述包层由热塑性的包层材料构成，所述包层材料具有预定的包层熔化或包层软化温度，其中所述包层熔化或包层软化温度低于所述芯熔化或芯软化温度，并且其中所述双组分纤维(26)的包层(30)有助于纤维在所述覆盖层(14，16)中的热塑性粘合。
2.根据权利要求1所述的LWRT材料(10)，
其特征在于，
所述芯材料选自：聚酯，尤其聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯腈，尤其氧化的聚丙烯腈、纤维素，尤其粘胶纤维、聚醚醚酮、聚苯乙烯、玻璃、石英、石头、硅酸、金属。
3.根据权利要求1或2所述的LWRT材料(10)，
其特征在于，
所述包层材料选自：聚烯烃、聚酰胺或聚乳酸。
4.根据上述权利要求中任一项所述的LWRT材料(10)，
其特征在于，
所述覆盖层(14，16)不具有由热塑性的粘合剂材料构成的基质。
5.根据上述权利要求中任一项所述的LWRT材料(10)，
其特征在于，
所述覆盖层(14，16)的纤维仅通过构架粘合剂纤维(26)的彼此熔合的包层(30)热塑性地粘合。
6.根据上述权利要求中任一项所述的LWRT材料(10)，
其特征在于，
构架粘合剂纤维(26)不少于包含在所述覆盖层(14，16)中的纤维重量的10重量％。
7.根据上述权利要求中任一项所述的LWRT材料(10)，
其特征在于，
构架粘合剂纤维(26)不多于包含在所述覆盖层(14，16)中的纤维重量的60重量％，优选不多于50重量％。
8.根据上述权利要求中任一项所述的LWRT材料(10)，
其特征在于，
所述覆盖层(14，16)具有小于400g/m2，优选小于300g/m2，尤其优选小于250g/m2的单位面积重量。
9.根据上述权利要求中任一项所述的LWRT材料(10)，
其特征在于，
所述芯层(12)的两侧设有各一个覆盖层(14，16)。
10.根据上述权利要求中任一项所述的LWRT材料(10)，
其特征在于，
所述芯层(12)具有在多孔的热塑性基质(22)中粘合的玻璃纤维和/或矿物纤维，和/或由与基质材料的熔化或软化温度相比具有更高的熔化或软化温度的塑料构成的塑料纤维。
11.根据上述权利要求中任一项所述的LWRT材料(10)，
其特征在于，
在所述芯层(12)和至少一个覆盖层(14)之间设有中间层(18)，所述中间层例如由纤维缠结或薄膜，尤其由热塑性塑料，尤其优选由聚烯烃构成。
12.一种机动车构件，尤其衬板构件，如地板衬板或车轮罩衬板，所述机动车构件包括根据上述权利要求中任一项所述的LWRT材料(10)。
13.根据权利要求12所述的机动车构件，
其特征在于，
覆盖层(14，16)形成所述机动车构件的向外露出的表面。
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