CZ20031320A3

CZ20031320A3 - Tvarovatelný kompozitní materiál a způsob jeho výroby

Info

Publication number: CZ20031320A3
Application number: CZ20031320A
Authority: CZ
Inventors: David E. Wenstrup
Original assignee: Milliken & Company
Priority date: 2000-11-14
Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2004-02-18
Also published as: WO2004091276A2; EP1425452A2; WO2004050976A2; EP1425452A4; KR20040058089A; WO2004050976A3; AU2001298111A1; CA2432986A1; WO2003053667A3; JP2005513286A; US20040084129A1; US6875713B1; AU2001298068A1; MXPA03004145A; AU2001298112A1; AU2001298112A8; WO2004091276A3; WO2003053667A2; AU2001298068A8; PL365877A1

Description

Tvarovatelný kompozitní materiál a způsob jeho výroby

Oblast techniky

Tento vynález se obecně týká tvarovatelného kompozitního materiálu, který tvoří tři vrstvy: povrchová vrstva zajišťující potřebné estetické a fyzikální vlastnosti, tlumící vrstva a tvarovatelná vrstva.

Dosavadní stav techniky

Kompozitní materiály se v automobilech užívají pro konstrukční díly jako jsou opěrky pro hlavu, dveřní panely a podobně. Kompozitní materiály typicky užité pro vytvoření tvarovaných dílů jsou lícové materiály spojené s různými podkladovými materiály a tuhými tvarovanými materiály. Proces vytváření kompletovaných tvarovaných dílů vyžaduje několik stupňů včetně spojování těchto materiálů. Navíc jsou mnohé kombinace materiálů užitých při tváření těchto konstrukčních dílů vzájemně velmi nepodobné a nelze je snadno recyklovat.

Proto existuje potřeba kompozitních materiálů, jež by snížily počty jednotlivých složek a nezbytných stupňů při formování těchto tvarovaných dílů. Navíc trvá potřeba standardizovat komponenty finálního kompletu v zájmu usnadnění recyklace.

Podstata vynálezu

Obrázek 1 ukazuje průřez provedení podle tohoto vynálezu označeného jako textilie 10. Textilie 10 zahrnuje vrstvu tvarovatelného netkaného materiálu 100, tlumící vrstvu 200 umístěnou na vrstvě tvarovatelného rouna 100 a lícovou textilii 400 pojenou s tlumící vrstvou 200 pojivém 300. Textil 10 vytváří tvarovaný textilní díl poskytující tuhost a tlumící efekt pro aplikaci v automobilovém průmyslu.

V provedení ilustrovaném na obrázku 1 je tvarovatelná vrstva 100 netkaný materiál, který tvoří vlákna s nízkou teplotou tání 110 a vlákna s vysokou teplotou tání 120. Vlákna s nízkou teplotou tání 110 a vlákna s vysokou teplotou tání 120 • * ··· · se mohou pokládat příčně nebo technikou pneumatického rouna a podobně za vzniku tvarovatelné vrstvy 100 ve vhodné tloušťce. V jednom výhodném provedení jsou vlákna s nízkou teplotou tání 110 a vlákna s vysokou teplotou tání 120 téže chemické povahy, například z polyolefinu, polyesteru a podobně. Vlákna s nízkou teplotou tání 110 typicky představují od asi 50 % do asi 85 % celkové hmotnosti tvarovatelné vrstvy 100. Vlákna s vysokou teplotou tání 120 typicky představují od asi 15 % do asi 50 % celkové hmotnosti tvarovatelné vrstvy 100. Typická tloušťka tvarovatelné vrstvy 100 je v rozmezí od asi 4 mm do asi 30 mm.

V provedení na obrázku 1 je tlumící vrstva 200 netkaný materiál vytvořený ze staplových vláken s výrazným výztužným charakterem. V jednom provedení jsou staplová vlákna tvořící tlumící vrstvu 200 dutá vlákna nebo podobný typ tlumících vláken. Tlumící vrstva 200 se může klást ve směru postupu stroje na tvarovatelnou vrstvu 100 buď přímo nebo na předtvarovanou vrstvu 100 příčně. V jednom výhodném provedení je materiál tlumící vrstvy 200 téže chemické povahy jako vlákna s nízkou teplotou tání 110 a vlákna s vysokou teplotou tání 120 v tvarovatelné vrstvě 100 jako je například polyolefin, polyester a podobně. Typická tloušťka tlumící vrstvy 200 je od asi 0,5 mm do asi 3,0 mm.

Tvarovatelné vrstva 100 vrstvená tlumící vrstvou 200 se pomocí jehlového proplétacího stroje zpracuje tak, aby se alespoň část vláken tvořících tlumící vrstvu 200 provázala s netkaným materiálem vrstvy 100. K provázání tvarovatelné vrstvy 100 s tlumící vrstvou 200 může dojít v tvarovatelné vrstvě 100, v tlumící vrstvě, nebo v obou. Provázání tvarovatelné vrstvy 100 a tlumící vrstvy 200 propletením vláken zpevňuje jednotlivé vrstvy a také vytváří mezi oběma vrstvami mechanické spojení.

Lícový materiál 400 je materiál odolný proti oděru, stálý na světle, stálobarevný a má další vlastnosti vhodné pro užití jako povrchový materiál v automobilech. Lícový materiál 400 může být tkaný, pletený, netkaný nebo vyrobený jakoukoliv jinou technologií vhodnou pro danou aplikaci. Jak je ukázáno na obrázku 1, lícový materiál 400 se pojí na tlumící vrstvu 200

0000 adhezivem 300 a kombinace složená z tvarovatelné vrstvy 100, tlumící vrstvy, pojivá a lícového materiálu 400 se tepelně zalaminuje. V jednom výhodném provedení jsou lícový materiál 400 a adhezivum 300 téže chemické povahy jako jsou tvarovatelná vrstva 100 a tlumící vrstva 200, jako je například polyolefin, polyester a podobně.V jednom výhodném provedení je adhezivem polyesterové lepidlo při teplotě 115 °C až 125 °C a používá se pro přípravu vzniklého materiálu pro standardní testy stárnutí v podmínkách prostředí užívané v automobilovém průmyslu.

Když je textilie 10 předtvarována jako samostatná jednotka, je tímto předtvarováním usnadněno následné zpracování textilie do konstrukčních dílů. Soudí se, že se množství potřebných materiálů pro výrobu následných konstrukčních dílů s využitím tohoto patentu sníží o 50-95 %. Navíc se recyklovatelnost textilie 10 zlepší, když jsou materiály tvarovatelné vrstvy 100, tlumící vrstvy 200, pojivá 300 a lícového materiálu 400 téže chemické povahy, například polyolefin, polyester a podobně.

Na obrázku 2 se ukazuje blokový diagram provedení způsobu tvarování kompozitní netkané textilie 10 na obrázku 1 označené jako způsob 500. Způsob 500 obecně zahrnuje stupně vytvoření směsi vláken tvarovatelné vrstvy 510, vytvoření pavučiny tvarovatelné vrstvy 520, uložení tlumící vrstvy 530, spojení kombinace tvarovatelné vrstvy rouna a tlumící vrstvy rouna proplétáním 540, nanesení adheziva a aplikace lícového materiálu 550, ohřev kombinace tvarovatelné vrstvy rouna, tlumící vrstvy rouna, adheziva a lícové textilie 560 a svinutí kompozitní textilie do štůčku nebo stohování kompozitní textilie předtvarované řezem 570.

Ve stupni 510 se vytvoří směs vlákna s nízkou teplotou tání 110 a vlákna s vysokou teplotou tání 120 za vzniku tvarovatelné vrstvy rouna 100. Vlákna s nízkou teplotou tání 110 představují od asi 50 % do asi 85 % celkové hmotnosti spojených vláken a vlákna s vysokou teplotou tání 120 představují od asi 15 % do asi 30 % celkové hmotnosti spojených vláken. V jednom provedení se vlákna s nízkou teplotou tání 110 ···· •9 9999

9··· • 9 9 9

99 a vlákna s vysokou teplotou tání 120 smísí do směsi, kterou tvoří asi 70 % hmotn. veškeré směsi vláken s nízkou teplotou tání 110 a asi 30 % hmotnosti veškeré směsi s vysokým bodem tání 120.

Ve stupni 520 se smíšená vlákna pro tvarovatelnou vrstvu 100 ze stupně 510 formují do tvarovatelné vrstvy rouna. V jednom provedení se vlákna pro vytvoření tvarovatelné vrstvy rouna kladou příčně.

Ve stupni 530 se tlumící vrstva 200 klade jako rouno na netkané rouno vytvořené pro netkanou vrstvu 100. Tlumící vrstva 200 se buď nuceně nanáší na tvarovatelnou vrstvu 100, nebo může být ve formě předtvářeného rouna kladeného na tvarovatelnou vrstvu 100. Ve výhodném provedení jsou vlákna pro tlumící vrstvu 200 téže chemické povahy jako materiál pro tvarovatelnou vrstvu 100. V jednom provedení představují vlákna tlumící vrstvy dutá vlákna.

Ve stupni 540 se rouna tvarovatelné vrstvy 100 a tlumící vrstvy 200 položená na sobě spojí proplétáním na jehlovém proplétacím stroji s cílem stabilizovat jednotlivé vrstvy a vytvořit spojení mezi oběma vrstvami.

Ve stupni 550 se lícová tkanina pokládá na tlumící vrstvu a spoj tvoří pojivo. V jednom provedení se pojivo nanese na rouno tlumící vrstvy a potom se na toto pojivo pokládá lícový textil. V jiném provedení se pojivo aplikuje na lícový textil a potom se lícový textil pokládá na rouno tlumící vrstvy, přičemž se pojivo spojí s rounem tlumící vrstvy. Lepidlo se nanáší v množství od asi 160 g/m² (15 g/ft²) do asi 540 g/m² (50 g/ft²) a výhodněji od asi 160 g/m² (15 g/ft²) do asi 270 g/m² (25 g/ft²). Pojivo se může nanášet ve formě předtvarovaného pojivá, prášku nebo extruzním potahováním a podobně. Ve výhodném provedení je pojivo a lícová tkanina téže chemické povahy jako materiál tvarovatelné vrstvy rouna a materiál rouna tlumící vrstvy.

Ve stupni 560 se na sebe kladená tvarovatelné vrstva rouna, tlumící vrstva rouna, pojivo a lícový textil zahřívají na teplotu umožňující tepelné spojení a vytvoření textilie 100.

Ve stupni 570 se textil 10 ochladí a sroluje do štůčku pro

0000 φ «

0 · 0 000 0

00* 000 0000 00 0 00 0 00 00 •9 0000 pozdější užití nebo se upravuje na předtvarované desky pro další užití.

V obrázku 3 se ukazuje blokový diagram způsobu 600 pro výrobu konstrukčních dílů z textilu 10 podle obrázku 1 způsobem ukázaným na obrázku 2. Proces 600 obecně zahrnuje stupně rozbalení štůčku kompozitní netkané textilie 610, řezání kompozitní textilie do segmentů 620, ohřev segmentů kompozitní textilie 630 a tváření ohřátých segmentů kompozitní textilie do konstrukčních dílů 640. V případě, že kompozitní textil je ve formě předtvarovaných desek, lze vynechat stupeň rozbalení 610 a stupeň řezání 620 a zpracovávat předtvarované desky počínaje stupněm ohřevu 630.

Přehled obrázků na výkresech

Obrázek 1 je průřez kompozitním netkaným materiálem ilustrující jedno provedení tohoto vynálezu.

Obrázek 2 je blokový diagram ilustrující jeden způsob tvarování kompozitního netkaného materiálu z obrázku 1.

Obrázek 3 je blokový diagram ilustrující jeden způsob formování konstrukčních dílů z kompozitního netkaného materiálu podle tohoto vynálezu.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Tvarovatelný kompozitní materiál, vyznačuj ící se t í m, že obsahuje:

tvarovatelnou vrstvu netkaného materiálu, které obsahuje vlákna s nízkou teplotou tání a vlákna s vysokou teplotou tání;

tlumící vrstvu z tlumícího netkaného materiálu, která má první stranu obrácenou k uvedené tvarovatelné vrstvě a druhou stranu obrácenou na opačnou stranu od tvarovatelné vrstvy, přičemž tlumící netkaný materiál obsahuje tlumící vlákna;

lícový textil přiléhající ke druhé straně uvedené tlumící vrstvy;

pojivo spojující uvedený lícový textil s uvedenou tlumící vrstvou;

přičemž je nejméně část tlumících vláken v uvedené tlumící vrstvě propletena uvnitř tvarovatelného netkaného materiálu uvedené tvarovatelné vrstvy.
2. Tvarovatelný kompozitní materiál podle nároku 1, vyznačující se tím, že vlákna s nízkou teplotou tání a vlákna s vysokou teplotou tání tvarovatelného netkaného materiálu, tlumící vlákna tlumícího netkaného materiálu, lícový textil a pojivo jsou téže chemické povahy.
3. Tvarovatelný kompozitní materiál podle nároku 1, vyznačující se tím, že vlákna s nízkou teplotou tání a vlákna s vysokou teplotou tání tvarovatelného netkaného materiálu, tlumící vlákna netkaného tlumícího materiálu, lícový textil a pojivo jsou vytvořeny z téhož materiálu vybraného ze skupiny sestávající z polyolefinu a polyesteru.
4. Tvarovatelný kompozitní materiál podle nároku 1, vyznačující se tím, že vlákna s nízkou teplotou tání představují mezi asi 50 % a 85 % celkové hmotnosti uvedené tvarovatelné vrstvy netkaného materiálu.

·· 9990 * ·

99 9999

99 9*9 999 9

999 999 999

7 999 999 9999 — 99 9 «9 9 >9 99
5. Tvarovatelny kompozitní materiál podle nároku 1, vyznačující se tím, že vlákna s nízkou teplotou tání představují asi 70 % celkové hmotnosti uvedené tvarovatelné vrstvy netkaného materiálu.
6. Tvarovatelný kompozitní materiál podle nároku 1, vyznačující se tím, že vlákna s vysokou teplotou tání představují mezi asi 15 % a 50 % celkové hmotnosti uvedené tvarovatelné vrstvy netkaného materiálu.
7. Tvarovatelný kompozitní materiál podle nároku 1, vyznačující se tím, že vlákna s vysokou teplotou tání představují asi 30 % celkové hmotnosti uvedené tvarovatelné vrstvy netkaného materiálu.
8. Tvarovatelný kompozitní materiál podle nároku 1, vyznačující se tím, že vrstva tvarovatelného rouna má tloušťku mezi asi 4 mm a asi 30 mm.
9. Tvarovatelný kompozitní materiál podle nároku 1, vyznačující se tím, že tlumící vrstva má tloušťku mezi asi 0,5 mm a asi 3 mm.
10. Tvarovatelný kompozitní materiál podle nároku 1, vyznačující se tím, že tlumící vlákna uvedené tlumící vrstvy obsahují dutá vlákna.
11. Tvarovatelný kompozitní materiál podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedený tvarovatelný netkaný materiál se klade příčně a uvedený netkaný tlumící materiál se klade podélně.
12. Způsob tvarování kompozitního materiálu, vyznačující se tím, že zahrnuje stupně:

vytvoření směsi vláken s nízkým bodem tání s vlákny s ·· **·· ·· «·*> «· ·♦·· • · 9·· 9 · 9 9 • 99 999 · 9 9 9

9· 9 99 9 99 99 vysokou teplotou tání;

vytvoření tvarovatelné vrstvy rouna z kombinace vláken s nízkou teplotou tání a vláken s vysokou teplotou tání;

uložení tlumící vrstvy rouna z tlumících vláken na tvarovatelnou vrstvu netkané textilie;

spojení tvarovatelné vrstvy netkané rouna s tlumící vrstvou rouna proplétáním;

vytvoření spoje lícového textilu a tlumící vrstvy rouna poj ivem;

ohřev kombinace tvarovatelné vrstvy rouna, tlumící vrstvy rouna, pojivá a lícového textilu na teplotu potřebnou k vytvoření spoje teplem.
13. Způsob podle nároku 12, vyznačující se tím, že dále zahrnuje stupeň předběžné volby vláken s vysokou teplotou tání, vláken s nízkou teplotou tání, vláken s tlumícím účinkem, pojivá, lícového textilu se zřetelem k tomu, aby byly všechny vytvořeny z materiálu téže chemické povahy.
14. Způsob podle nároku 12, vyznačující se tím, že stupeň vytvoření směsi zahrnuje určení poměru složek směsi, aby obsahovala mezi asi 50 % a 85 % vláken s nízkou teplotou tání z celkové hmotnosti kombinované směsi vláken s nízkou teplotou tání a vláken s vysokou teplotou tání.
15. Způsob podle nároku 12, vyznačující se tím, že stupeň vytvoření směsi zahrnuje určení poměru složek směsi, aby obsahovala asi 70 % vláken s nízkou teplotou tání z celkové hmotnosti kombinované směsi vláken s nízkou teplotou tání a vláken s vysokou teplotou tání.
16. Způsob podle nároku 12, vyznačující se tím, že stupeň vytvoření směsi zahrnuje určení poměru složek směsi, aby obsahovala mezi asi 15 % a 50 % vláken s vysokou teplotou tání z celkové hmotnosti kombinované směsi vláken s nízkou teplotou tání a vláken s vysokou teplotou tání.

99 999« 99 99*9 99 999

99 · 9 9 999

9 999999999 — 99 9 99 9 99 99
17. Způsob podle nároku 12, vyznačující se tím, že stupeň vytvoření směsi zahrnuje určení poměru složek směsi, aby obsahovala asi 30 % vláken s vysokou teplotou tání z celkové hmotnosti kombinované směsi vláken s nízkou teplotou tání a vláken s vysokou teplotou tání.
18. Způsob podle nároku 12, vyznačující se tím, že stupeň vytvoření tvarovatelné vrstvy rouna zahrnuje vytvoření tvarovatelné vrstvy rouna z vláken s nízkou teplotou tání a z vláken s vysokou teplotou tání kladených příčně.
19. Způsob podle nároku 18,vyznačuj ící se tím, že stupeň vytvoření tlumící vrstvy zahrnuje vytvoření tlumící vrstvy rouna z tlumících vláken kladených podélně.
20. Způsob podle nároku 12,vyznačuj ící se tím, že stupeň vytvoření tlumící vrstvy rouna zahrnuje vytvoření tlumící vrstvy rouna z tlumících vláken kladených podélně.
21. Způsob podle nároku 12, vyznačující se tím, že stupeň ukládání tlumící vrstvy rouna zahrnuje kladení tlumících vláken přímo na vrstvu tvarovatelné vrstvy rouna.
22. Způsob podle nároku 12,vyznačuj ící se tím, že stupeň ukládání tlumící vrstvy rouna zahrnuje předtvarování tlumící vrstvy rouna a aplikaci předtvarované tlumící vrstvy rouna na tvarovatelnou vrstvu rouna.
23. Způsob podle nároku 12, vyznačující se tím, že dále zahrnuje stupeň svinutí tepelně pojené kombinace tvarovatelné vrstvy rouna, tlumící vrstvy rouna, pojivá a lícového textilu do štůčku.
24. Způsob podle nároku 23, vyznačující se ť * • · · · · · · « ·» ··» • · · ·♦ · tím, že dále zahrnuje stupně odříznutí segmentu kompozitního materiálu ze štůčku, zahřátí segmentu kompozitního materiálu na teplotu tvarování a tvarování desky kompozitního materiálu na konstrukční díl.
25. Způsob podle nároku 12, vyznačující se tím, že dále zahrnuje stupeň odříznutí tepelně spojené kombinace tvarovatelné vrstvy rouna, tlumící vrstvy rouna, pojivá a lícového textilu na alespoň jednu desku.
26. Způsob podle nároku 15, vyznačující se tím, že dále zahrnuje stupně ohřevu desky kompozitního materiálu na teplotu tvarování a tvarování desky kompozitního materiálu do konstrukčního dílu.