DE10005927A1 - Matte mit einem dreischichtigen Aufbau zur Herstellung von Sandwichformteilen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Matte mit einem dreischichtigen Aufbau zur Herstellung von Sandwichformteilen aus faserverstärktem, aufgeschäumten Kunststoff, insbesondere Polyurethan, in einem eine Kavität bildenden Werkzeug, mit zwei äußeren Lagen aus Fasermaterial und einem zwischen den äußeren Lagen als Abstandshalter angeordneten Wirrvlies, wobei die äußeren Lagen (1) und/oder das Wirrvlies (2) miteinander vernadelt sind und ein Verfahren zur Herstellung eines Sandwichformteiles aus faserverstärktem, aufgeschäumten Kunststoff, insbesondere aus Polyurethan, in einem eine offene oder geschlossene Kavität bildenden Werkzeug, mit einer Matte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Matte entsprechend der Formgebung des herzustellenden Sandwichformteiles zugeschnitten wird, mit dem Mattenzuschnitt in bekannter Weise das Sandwichformteil hergestellt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Matte mit einem dreischichtigen Aufbau zur Herstellung von Sand­ wichformteilen aus faserverstärktem, aufgeschäumtem Kunststoff, insbesondere Polyurethan, in einem eine Kavität bildenden Werkzeug, mit zwei äußeren Lagen aus Fasermaterial und einem zwischen den äußeren Lagen als Abstandshalter angeordneten Wirrvlies so­ wie ein Verfahren zur Herstellung von Sandwichform­ teilen.

Sandwichformteile aus faserverstärktem Kunststoff sind seit langem bekannt und gebräuchlich. Sie be­ stehen aus einem aufschäumbaren Kunststoff, in der Regel Polyurethan, das durch eine Polyaddition von Polyolen und Isocyanaten gebildet wird, wobei die Randschichten und Oberflächen der Formteile mit Lang- oder Endlosfasern verstärkt sind. Während des Aufschäumprozeßes werden Verstärkungen, u. a. in Form von Textilglasmatten oder Geweben, vom noch fließfähigen Kunststoffmaterial durchdrungen oder durchschäumt. Nach dem Aushärten sind sie integra­ ler Bestandteil des Formteils und erhöhen dessen mechanische Stabilität, Steifigkeit und insbeson­ dere die Festigkeit seiner Oberfläche. Um die Ver­ stärkungen während des Aufschäumprozeßes in der ge­ wünschten ortsfesten Position innerhalb des Hohl­ raumes, in den die Verstärkungen eingelegt und der mit Kunststoff ausgeschäumt wird, zu fixieren, ist es bekannt, zwischen den Verstärkungen ein Wirrvlies als Abstandshalter einzubringen. Das Vlies dient lediglich der Positionierung der Verstärkung in der Randschicht und muß keine mechanische Kräfte bei der Belastung des fertigen Formteils aufnehmen. Zur Herstellung der Sandwichformteile werden die Verstärkungen aus Fasermaterial sowie das zwischen ihnen angeordnete Wirrvlies den Formen der Teile entsprechend zugeschnitten und in einem Werkzeug vorgelegt. Dieses Werkzeug bildet dabei einen Hohl­ raum, der verschließbar ist und mit einer Injekti­ onsöffnung für die in einer Mischkammer zusammenge­ führten und durchmischten Komponenten des auf­ schäumbaren Kunststoffs versehen ist. Beim Auf­ schäumen durchdringt der Kunststoff die vorgelegten Materialien. Nach dem Aushärten kann das fertige Bauteil entnommen und der Weiterverarbeitung zuge­ führt werden. Zusätzlich zu den Verstärkungen kön­ nen weitere Folien oder Textilien vorgelegt werden, mit denen dem Bauteil eine ansprechende Optik oder eine bestimmte Oberflächenstruktur verliehen werden kann. Verwendet werden diese Formteile u. a. in der Autoindustrie, um leichte, stabile Bauteile, wie Armaturenbretter und Verkleidungen, einstückig her­ stellen zu können.

Der Nachteil der bisher bekannten Matten zur Her­ stellung von Sandwichformteilen besteht darin, daß jede einzelne Lage der Matte der Form des Bauteils entsprechend zugeschnitten und in den Hohlraum des Werkzeugs eingelegt werden muß. Dabei sind Abwei­ chungen der Zuschnitte voneinander praktisch nicht zu vermeiden. Desweiteren bringt es der Aufschäum­ vorgang in der Regel mit sich, daß die lose aufeinanderliegenden Schichten ihre Position relativ zu­ einander verändern, da durch das relativ zähflüs­ sige Kunststoffmaterial Scherkräfte ausgeübt wer­ den. Das das Wirrvlies, aufgrund seiner geringen Dichte, dem aufschäumenden Kunststoff einen wesent­ lich geringeren Fließwiderstand entgegensetzt, kön­ nen die äußeren, dichteren Lagen relativ dazu ver­ schoben werden.

Ausgehend vom Stand der Technik hat sich die Erfin­ dung zur Aufgabe gestellt, eine Matte mit einem mehrschichtigen Aufbau zur Herstellung von Sand­ wichformteilen derart zu gestalten, daß die einzel­ nen Schichten der Matte während des Aufschäumens im Werkzeug ihre vorgegebene Lage relativ zueinander beibehalten sowie beim Zuschnitt der Matte keine Abweichungen zwischen den einzelnen Schichten auf­ treten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die äußeren Lagen und/oder das Wirrvlies mit­ einander vernadelt sind.

Der Kerngedanke der Erfindung besteht darin, daß die einzelnen Schichten der Matte über eine Verna­ delung miteinander verbunden sind. Dabei können entweder die jeweils äußeren Lagen nur mit dem Wirrvlies vernadelt sein, oder die Nadeln durch­ greifen die gesamte Matte mit dem zwischen den äu­ ßeren Lagen angeordneten Wirrvlies und verbinden die beiden äußeren Lagen miteinander. Dabei ragen einzelne Fasern oder Faserbündel aus einer äußeren, aus einem Fasermaterial bestehenden Schicht in das Wirrvlies hinein oder durchgreifen es vollständig und sind in der gegenüberliegenden, aus einem Fa­ sermaterial bestehenden Schicht, die sie ebenfalls durchgreifen über eine Reibungskraft festgelegt. Die einzelnen Nadeln sind dabei im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche der äußeren Faserschichten orientiert.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der gegenseitige Abstand der beiden äußeren Schichten über die Vernadelung festgelegt ist und durch den Aufschäumprozeß nicht geändert wird. Desweiteren kann bei der Arbeitsvorbereitung eine erfindungsge­ mäße Matte in einem einzigen Arbeitsgang der Form der Bauteile entsprechend zugeschnitten werden, wo­ bei vom Fachmann hierfür geeignete Schneidwerkzeuge wählbar sind. Desweiteren werden mit einer Verna­ delung Perforationen in die äußeren Faserschichten eingebracht, die die Diffusion des aufschäumenden Kunststoffs durch diese Schichten hindurch erleich­ tern, im Gegensatz zu einer Verklebung der einzel­ nen Schichten miteinander, die die Diffusion an den Verklebungsstellen der einzelnen Schichten mitein­ ander unterbinden würde. Zudem besteht die erhebli­ che Gefahr der chemischen Reaktion des Kunststoff­ schaumes mit dem Klebstoff.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie Verfahren zur Herstellung von Sandwichformteilen sind Gegenstand von Unter- und Nebenansprüchen.

Vorteilhafterweise sind die äußeren Lagen zur Ver­ stärkung der Oberfläche eines Sandwichformteiles von einem Gewebe oder einem Vlies gebildet. In ei­ nem Gewebe sind Endlosfasern zu einem stabilen, flächigen Gebilde miteinander verwoben, in einem Vlies sind geschnittene, relativ kurze Fasern mit­ einander verbunden, wobei die einzelnen Fasern un­ gerichtet in der Vliesschicht angeordnet sind. Ebenso können die äußeren Lage von einem Gewirk, einer textilen Maschenware, die aus einem oder meh­ reren Fadensystemen besteht, oder einem Gelege, d. h. räumlich ungeordneten, lose oder fest mitein­ ander verbundenen Fäden oder Fasern, gebildet wer­ den. Als Materialien für die Fasern können unter anderem Glasfasern, Aramidfasern oder Kohlenstoffa­ sern zur Anwendung gelangen, je nach den an das Bauteil gestellten Anforderungen bezüglich Gewicht und/oder Oberflächenfestigkeit.

Desweiteren können die Gewebe oder Vliese der äuße­ ren Schicht aus Naturfasern, insbesondere aus Hanf und/oder Jute und/oder Flachs hergestellt werden. Sie bieten den Vorteil, daß bei ihrer Herstellung keine die Umwelt schädigenden Nebenprodukte entste­ hen. Der Fachmann kann hierfür geeignete Kunst­ stoffe auswählen, die beim Aufschäumen bzw. Aushär­ ten keine chemischen Reaktionen mit den Naturfasern eingehen.

Für das Wirrvlies, das als Abstandshalter zwischen den äußeren Lagen dient, wird vorgeschlagen, daß es aus räumlich annähernd gleich verteilten, erstarr­ ten Kunststoffäden besteht, die vom Fachmann in ei­ nem Extrusionsprozeß unter der Verwendung von bei­ spielsweise Polyethylen, Polypropylen, Polyamid und/oder Polyester netzwerkartig herstellbar sind.

Für Sandwichformteile, deren Wandstärken bzw. deren Dicke nicht über das gesamte Bauteil konstant ist, um z. B. an besonders beanspruchten Stellen über eine erhöhte mechanische Stabilität zu verfügen, wird vorgeschlagen, daß das als Abstandshalter wir­ kende Wirrvlies den Erfordernissen entsprechend in seiner Dicke variierbar ist. Das bedeutet, daß der Abstand der beiden äußeren Lagen voneinander mit der sich ändernden Dicke des Wirrvlieses ebenfalls verändert wird. Die Herstellung eines in seiner Dicke variierbaren Wirrvlieses kann vom Fachmann bei der Herstellung im Extrusionsprozeß ausgeführt werden, wobei den das Gewirr bildenden Kunststoffä­ den, nach dem sie aus den Extrudern ausgetreten sind, vor dem Erstarren mit Distanzwalzen die ge­ wünschte Dicke vorgegeben wird.

Um eine bestmögliche Anpassung an die Form des Bau­ teils zu erhalten, wird die Matte der gewünschten Form entsprechend ausgebildet. Damit wird die Fal­ tenbildung, besonders im Ecken- und Kantenbereich eines Formteils, der in die Kavität eingelegten Matte vermieden. Das bedeutet, daß entweder schon bei der Herstellung der Matte die spätere Form er­ zeugt oder eine flächige, ebene Matte über einen Prägevorgang in die gewünschte Form gebracht wird.

Bei der Herstellung eines Sandwichformteiles mit einer erfindungsgemäßen Matte muß diese lediglich der Form des Bauteils entsprechend zugeschnitten werden. Aufgrund der Vernadelung der einzelnen Schichten der Matte miteinander erhalten sie mit einem einzigen Schneidevorgang praktisch den iden­ tischen Zuschnitt und ein Nachbearbeiten einer ein­ zelnen Schicht nach dem Einlegen in die Form ist überflüssig. Auch wird damit vermieden, daß bei der Produktion das Einlegen einer einzelnen Schicht un­ absichtlich unterbleibt. Anschließend wird das Sandwichformteil in üblicher Weise hergestellt, in­ dem Kunststoff in die Form injiziert wird, dieser die Form ausschäumt und anschließend aushärtet.

Zur Verbesserung der Paßgenauigkeit der Matte in der Form wird vorgeschlagen, daß sie, bevor sie eingelegt wird, an deren Form angepaßt wird. Dies kann entweder bereits bei der Herstellung der Matte erfolgen oder mit Hilfe eines Prägevorgangs, bei dem die Matte zwischen zwei entsprechend der Form ausgeformte Prägestücke eingelegt und die ge­ wünschte Form aufgeprägt wird.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Er­ findung lassen sich dem nachfolgenden Beschrei­ bungsteil entnehmen, in dem anhand einer Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher darge­ stellt ist. Es zeigt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Matte, die in ein Werkzeug eingelegt ist.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich um eine Matte zur Herstellung von Sandwichformteilen mit einem dreischichtigen Aufbau. Sie ist in ein Werkzeug (3) mit einer Kavität eingelegt, wobei das Werkzeug (3) zum Einlegen der Matte bzw. zum Entfernen des fer­ tigen Formteils mit einem abnehmbaren Deckel (4) versehen ist. In der Wandung des Werkzeugs (3) sind eine oder mehrere Injektionsdüsen (5) angeordnet, durch die der in einer Mischkammer aus den einzel­ nen Komponenten zusammengemischte, aufschäumbare Kunststoff ins Kammerinnere injiziert wird. Die Matte selbst besteht aus zwei äußeren Lagen (1) aus Fasermaterial, wie einem Vlies oder einem Gewebe, die zur Verstärkung der Oberfläche bzw. der mecha­ nischen Belastbarkeit des gesamten Bauteils dienen. Um beim Ausschäumen den gegenseitigen Abstand der beiden äußeren Lagen (1) konstant zu halten bzw. ein Verschieben der Schichten (1, 2) relativ zuein­ ander zu verhindern, ist zwischen ihnen ein Wirrv­ lies (2) als Abstandshalter angeordnet, das beim Ausschäumen ebenfalls vom Kunststoff durchdrungen wird, nach dem Aushärten aber nicht notwendiger­ weise zur Stabilität des Bauteils beiträgt. Um ein Verschieben der äußeren Lagen (1) relativ zum Wirrvlies (2) zu verhindern, sind die einzelnen Schichten (1, 2) miteinander vernadelt, wobei ein­ zelne Faser- oder Faserbündel (6) aus der äußeren Lage (1) in das Wirrvlies (2) hineinragen oder durchgreifen und in der gegenüberliegenden äußeren Lage (1), die ebenfalls aus einem Fasermaterial be­ steht, durch Reibungskräfte festgelegt sind. Dabei sind die Fasern (6) im wesentlichen senkrecht zur Ebene der äußeren Lagen (1) ausgerichtet.

Claims (8)

1. Matte mit einem dreischichtigen Aufbau zur Her­ stellung von Sandwichformteilen aus faserverstärk­ tem, aufgeschäumtem Kunststoff, insbesondere Po­ lyurethan, in einem eine Kavität bildenden Werk­ zeug, mit zwei äußeren Lagen aus Fasermaterial und einem zwischen den äußeren Lagen als Abstandshalter angeordneten Wirrvlies, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Lagen (1) und/oder das Wirrvlies (2) miteinander vernadelt sind.

2. Matte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Lagen (1) ein Gewebe und/oder ein Vlies und/oder ein Gelege und/oder ein Gewirke sind, insbesondere aus Glasfasern und/oder Kohlefa­ sern und/oder Aramidfasern.

3. Matte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die äußeren Lagen (1) ein Gewebe oder ein Vlies aus Naturfasern sind, insbesondere Hanf und/oder Jute und/oder Flachs.

4. Matte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirrvlies (2) von einem Gewirr aus räumlich annähernd gleich verteil­ ten, erstarrten Kunststoffäden gebildet ist, insbe­ sondere aus einem extrudierbaren Kunststoff wie Polyethylen und/oder Polypropylen und/oder Polyamid und/oder Polyester.

5. Matte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Wirrvlie­ ses (2) über die Fläche der Matte variierbar ist.

6. Matte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Matte entsprechend dem herzustellenden Sandwichformteil ausgeformt ist, insbesondere die Matte geprägt ist.

7. Verfahren zur Herstellung eines Sandwichformtei­ les aus faserverstärktem, aufgeschäumtem Kunst­ stoff, insbesondere aus Polyurethan, in einem eine offene oder geschlossene Kavität bildenden Werk­ zeug, mit einer Matte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Matte entsprechend der Formgebung des herzu­ stellenden Sandwichformteiles zugeschnitten wird,
• - mit dem Mattenzuschnitt in bekannter Weise das Sandwichformteil hergestellt wird.

8. Matte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einlegen der Matte in die Kavität sie der Gestalt der Kavität angepasst wird, insbesondere in einem Prägevorgang.