DE10150678A1 - Leichtes Kunststoff-Verbundmaterial - Google Patents

Leichtes Kunststoff-Verbundmaterial

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Abstract

Monostoff-Verbundmaterial, bestehend aus Kunststoff-Partikelschaum und darauf aufgebrachten Verstärkungsschichten, gekennzeichnet dadurch, dass die Verstärkungsschichten selbst aus einem Verbund von Kunststoff-Fasern oder Kunststoff-Bändchen aus demselben Kunststoff hergestellt sind, die in einem vorgeschalteten Prozess aus einer oder mehreren gewebten oder gewirkten Lagen zu kompakten Folien oder Platten zusammengefügt wurden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kunststoff-Verbundmaterial aus einem Kern geringer Dichte, auf den ein- oder beidseitig Schichten höherer Dichte aufgebracht wurden, um die mechanischen Eigenschaften eines Bauteils bei geringer Dichte zu verbessern oder die Oberfläche des Bauteils mit besseren Eigenschaften zu versehen.
  • Solche Verbundmaterialien werden in zahlreichen unterschiedlichen Kombinationen hergestellt und als ebene Platten oder thermogeformte Bauteile eingesetzt, z. B. in Kraftfahrzeugen als Dachhimmel, Kofferraumeinlagen oder Türinnenverkleidungen, als Konstruktionswerkstoffe im Baubereich, in Mehrwegverpackungen oder in der Möbelindustrie. Durch die Abstimmung des Partikelschaumkerns und der Verstärkungsschichten auf die jeweilige Anwendung lassen sich vielerlei Ansprüche an die mechanischen, thermischen oder chemischen Eigenschaften oder das Dekor erfüllen. DE 40 30 478 C2 beschreibt beispielsweise die Herstellung von Kraftfahrzeugteilen oder Kraftfahrzeug- oder Flugzeuginnenauskleidungen, indem eine dünne Polyolefinfolie thermisch verformt in ein poröses Werkzeug eingebracht, der Raum im Werkzeug dahinter mit Polyolefinschaumpartikeln aufgefüllt wird und diese untereinander und mit der Folie durch Heißgas oder Dampf verschweißt werden, um bei geringem Gewicht ein relativ stabiles Formteil mit einer dichten Oberfläche mit Struktur herzustellen. Die beschriebenen Teile sind jedoch von geringer Stabilität, da die eingesetzten Folien nur eine geringe Zugfestigkeit aufweisen und nur auf einer Seite des Bauteils aufgebracht sind.
  • DE 196 19 892 A1 beschreibt ein Bauteil, das einen Kern aus Polyproplen- Partikelschaum durch eine oder zwei Schichten aus expandierter Polypropylenfolie verstärkt, wodurch ein Bauteil von geringem Gewicht erzielt wird. Solche Verbünde weisen eine nur geringe Steifigkeit auf, da die Deckschichten aus Schaumfolien ebenfalls nur geringe Zugfestigkeiten aufweisen.
  • DE 195 44 451 A1 beschreibt einen Sandwichaufbau aus einem Kern aus Polypropylen-Partikelschaum mit Deckschichten aus glasmattenverstärktem Polypropylen. Solche Verbunde weisen durch die faserverstärkten Deckschichten eine hohe Steifigkeit auf. Die Deckschichten lassen sich durch die in Polypropylen eingehüllten Glasfasern durch Erhitzen der Oberflächen und anschließendes Verpressen miteinander verbinden. Allerdings verhindern die stofffremden Glasfasern ein einfaches Recycling des Verbundes.
  • DE 198 19 750 beschreibt einen ähnlichen Sandwichaufbau, der als Verstärkungsschicht ein Glasfaser-Polypropylenfaser-Hybridgewebe verwendet. Auch dieser Verbund erlaubt kein sortenreines Recycling.
  • EP 0 993 937 A1 beschreibt eine Verbundkonstruktionsplatte, die aus einem Kern aus Polypropylen-Partikelschaum und Deckschichten aus Naturfasern bestehen. Durch die Naturfasern eignet sich auch dieser Verbund nicht zum stoffreinen Recycling.
  • In Anbetracht des Vorstehenden ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen leichten Verbundkörper aus einem Material im Kern von geringer Dichte mit Deckschichten zur Erhöhung der mechanischen Eigenschaften zu schaffen, der durch seinen einstofflichen Aufbau ein problemloses, vollständiges stoffliches Recycling erlaubt.
  • Bevorzugtes Material für den Kern ist ein Partikelschnittschaum, der in sehr geringen Dichten hergestellt werden kann und somit sehr leichte, steife Verbunde ermöglicht. Als Kern können aber auch extrudierte Schaumfolien eingesetzt werden, die eine höhere Dichte aufweisen. Um dickere Materialstärken zu erreichen, können auch mehrere Lagen Schaumfolie aufeinander kaschiert werden.
  • Für die Verstärkungsschichten werden erfindungsgemäß Verbunde aus mehreren Lagen von Geweben oder Gewirken aus Kunststofffasern oder Kunststoffbändchen verwendet, die thermisch und unter hohen Drücken zu Folien oder Platten ohne Zugabe von weiteren Bindemitteln verbunden werden. Verstärkungsschichten erhalten eine besonders hohe Steifigkeit und Zugfestigkeit, wenn die verwendeten Kunststofffasern oder Kunststoffbändchen vor dem Weben oder Wirken gereckt werden, wodurch sich die Polymerketten in der Richtung der Verformung ausrichten. Beim anschließenden Fügeprozess, bei dem mehrere Lagen des Gewebes oder Gewirkes bis an die Erweichungstemperatur des Kunststoffs aufgeheizt und dann zwischen Walzen oder Platten unter hohem Druck verpresst werden, muss die Temperaturführung so erfolgen, dass sich die gereckten Fasern oder Bändchen unter der Wärmeeinwirkung nicht über den ganzen Querschnitt erwärmen und dabei wieder auf ihre ursprüngliche Form vor dem Strecken zusammenschrumpfen, da sie dabei die durch das Recken gewonnenen Eigenschaften wieder verlieren. Durch die Variation der Anzahl und der Stärke der einzelnen Gewebe oder Gewirke kann die Stärke der Verstärkungsschicht von einer dünnen Folie bis zu dickeren Platten an die Anforderungen an den Verbund angepasst werden.
  • Die Verbindung zwischen dem Kunststoffschaumkern und den Verstärkungsschichten erfolgt vorzugsweise durch Erwärmung von einer oder beiden Oberflächen der zu verbindenden Teile und anschließendes Verpressen.
  • Das Erwärmen kann durch Heißgas, Haßdampf, Wärmestrahlung oder andere Wärmequellen geschehen.
  • Zur Verbesserung der Verschweißung kann auch eine Folie des gleichen Kunststoffs oder eines Kunststoffs mit geringerer Schmelztemperatur zwischen Kunststoffschaum und Verstärkungsschicht eingebracht werden.
  • Die Verbindung zwischen dem Kunststoffschaumkern und den Verstärkungsschichten kann auch durch Verkleben erfolgen.
  • Für dreidimensional geformte Teile aus einem solchen Verbund kann auch eine vorgeformte Folie oder Platte aus dem Verstärkungswerkstoff in ein Formwerkzeug eingelegt werden, der Schaumstoff kann als Schaumpartikel hinter die Verstärkungsschicht eingebracht und dort durch Heißgas oder Heißdampf miteinander und mit der Deckschicht verschweißt werden.
  • Der verwendete Kunststoff für den Kunststoffschaumkern und die Verstärkungsschichten ist vorzugsweise ein Polyolefin wie Polypropylen oder Polyethylen, es können aber auch Polystyrol, Polyethylenterephtalat oder ein anderer Kunststoff eingesetzt werden, der die Herstellung von Partikelschaum oder Schaumfolien und Fasern oder Bändchen erlaubt.
  • Ein Ausführungsbeispiel ist ein Verbund zwischen einer Schnittschaumplatte aus extrudiertem Polypropylenpartikelschaumstoff, der unter dem Handelsnamen Fawocel erhältlich ist mit einer Dicke zwischen 5 mm und 30 mm und zweier Folien oder Platten aus einem thermisch verpressten Gewebe aus gereckten Polypropylenbändchen mit einer Stärke zwischen 0,1 mm und 3 mm, die unter dem Handelsnamen Curv auf dem Markt sind unter Verwendung eines geeigneten Klebstoffs.
  • Ein solcher erfindungsgemäßer Verbund kann als Plattenware wie beschrieben hergestellt und z. B. im Fahrzeugbau, für Aufbauten, in der Verpackungs- und der Möbelindustrie. Da der gesamte Verbund aus einem thermoplastischen Werkstoff besteht, kann das Halbzeug durch Thermoformen in dreidimensionale Formen gebracht und danach sehr viel vielseitiger eingesetzt werden.
  • Auf eine oder beide Verstärkungsschichten können Dekorschichten aufgebracht werden, z. B. eine Folie aus TPO. Werden unter eine solche TPO-Folie Schichten aus z. B. extrudierten Schaumstofffolien angeordnet, so bietet der Verbund eine steife Konstruktion, eine weiche Oberfläche mit Soft-Touch und ein ansprechendes Design und ist dabei als Monostoff-Verbundmaterial vollständig stofflich recyclebar.

Claims (18)

1. Verbundmaterial aus einem Kern aus Kunststoff-Partikelschaumstoff und mindestens einer Verstärkungsschicht aus einem Verbund aus Kunststofffasern oder Kunststoffbändern desselben Kunststoffs.
2. Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff Polypropylen, Polyethylen, Polystyrol, Polyethylenterephtalat oder ein Copolymer derselben ist.
3. Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsschichten durch Wärmeeinwirkung ohne weitere Bindemittel aus mindestens zwei Geweben aus Polypropylenbändchen hergestellt sind.
4. Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsschichten durch Wärmeeinwirkung ohne weitere Bindemittel aus mindestens zwei Gewirken aus Polypropylenbändchen hergestellt sind.
5. Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsschichten durch Wärmeeinwirkung ohne weitere Bindemittel aus mindestens zwei Geweben aus Polypropylenfasern hergestellt sind.
6. Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsschichten durch Wärmeeinwirkung ohne weitere Bindemittel aus mindestens zwei Gewirken aus Polypropylenfasern hergestellt sind.
7. Verbundmaterial nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Polypropylenbändchen vor dem Weben oder Wirken gereckt werden.
8. Verbundmaterial nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Polypropylenfasern vor dem Weben oder Wirken gereckt werden.
9. Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsschichten durch Wärmeeinwirkung stoffschlüssig auf den Partikelschaumkern aufgeschweißt werden.
10. Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsschichten auf den Partikelschaumkern aufgeklebt werden.
11. Verbundmaterial nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsschichten über das Einbringen von polyolefinischen Folien, Geweben oder Vliesen zwischen Verstärkungsschicht und Partikelschaumkern auf den Partikelschaumkern aufgeklebt werden.
12. Verbundmaterial nach Anspruch 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumstoffkern ein Partikel-Schnittschaum ist.
13. Verbundmaterial nach Anspruch 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumstoffkern eine extrudierte Schaumfolie oder ein Verbund aus mehreren extrudierten Schaumfolien ist.
14. Verbundmaterial nach Anspruch 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumstoff als einzelne Partikel hinter eine vorgeformte Verstärkungsschicht gebracht und dort miteinander und mit der Verstärkungsschicht durch Heißgas oder Wasserdampf verschweißt wird.
15. Verbundmaterial nach Anspruch 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbund beim oder nach dem Verbinden durch Thermoformen in eine Form gebracht wird.
16. Verbundmaterial nach Anspruch 1-15, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine oder beide Deckschichten eine Dekorschicht aufgebracht wird.
17. Verbundmaterial nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Dekorschicht eine TPO-Folie ist.
18. Verbundmaterial nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Verstärkungsschicht und der Dekorfolie eine extrudierte Schaumfolie eingebracht ist.
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