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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundelements,
enthaltend eine Außenschicht
(a), gegebenenfalls eine Trägerschicht
(c) und eine Schicht aus Polyurethanschaumstoff (b), mittels Vakuumtechnik
sowie ein Formwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens und ein
Verbundelement, erhältlich
durch das Verfahren.
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Verbundelemente
für den
KFZ-Innenbereich, wie z.B. Instrumententafeln oder Türseitenteile,
werden bisher hergestellt, indem Dekormaterialien wie z.B. Kunststoff-Folien, -Häute, Leder
u. Textilbezüge in
ein Unterteil von Schäumwerkzeugen
eingelegt werden, optionale Versteifungen (Träger) am Werkzeugoberteil befestigt
werden, ein Polyurethan-Reaktionsgemisch in das Werkzeug eingetragen
und das Werkzeug dann geschlossen wird. Das Polyurethan-Reaktionsgemisch
beginnt nun aufzuschäumen,
verdrängt
durch einen belassenen Spalt zwischen Dekor und Träger die
Luft und füllt
den Zwischenraum mit Schaum. Idealerweise wird wenn der Schaum am
Rand der Kavität
austritt (Austrieb) die rundumlaufende Dichtungen in diesem Randbereich aufgeblasen
und somit Dekor und Träger
gasdicht aufeinander gepresst. Es folgt die Verdichtung u. die Ausreaktion
des Schaumes. Dieses Verfahren ist in DE-C-198 22 113 beschrieben.
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Durch
unterschiedliche Fließfronten
des Polyurethanschaums kommt es im Verfahren des Standes der Technik
immer wieder zu Lufteinschlüssen (Lunkern).
Kleinere Fehlstellen können
repariert werden (Nacharbeit), große Lunker führen zu Ausschuss.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein Verbundelement sowie ein Verfahren
und Werkzeug zu dessen Herstellung bereit zu stellen, das weniger oder
bevorzugt im wesentlichen keine Lufteinschlüsse im Polyurethanschaumstoff
aufweist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung war es, eine Reduzierung
des Schaumgewichtes in der Polyurethanschicht zu erreichen und den
Schaumaustritt durch den offenen Spalt zu minimieren.
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Die
Aufgabe konnte dadurch gelöst
werden, dass durch den Einbau eines zweiten umlaufende Dichtkreises
außerhalb
des bereits bestehenden Dichtkreises eine Möglichkeit geschaffen wird,
die gesamte Formwerkzeug-Kavität
vor dem Aufschäumen
des PUR-Reaktionsgemisches zu evakuieren.
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Gegenstand
der Erfindung ist daher ein Formwerkzeug zur Herstellung von Verbundelementen,
umfassend ein Formunterteil (3) und ein Formoberteil (4),
einen ersten Dichtkreis (1) und einen zweiten Dichtkreis
(2), wobei im geschlossenen Zustand des Formwerkzeugs eine
Werkzeugkavität
(5) gebildet wird, die durch den umlaufenden ersten Dichtkreis
(1) begrenzt wird und wobei umlaufend um die durch den
ersten Dichtkreis begrenzte Werkzeugkavität ein evakuierbarer Unterdruckraum
(6) gebildet wird, der durch den ersten und zweiten Dichtkreis
(2) begrenzt wird.
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Der
erste Dichtkreis (1) kann bei geschlossenem zweiten Dichtkreis
(2) geöffnet
werden. Bei geschlossenem zweiten Dichtkreis (2) und geöffneten ersten
Dichtkreis (1) ist auch die Werkzeugkavität (5) evakuierbar,
da durch evakuieren des Unterdruckraums (6) auch die Werkzeugkavität (5)
evakuiert wird.
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Ferner
ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines
Verbundelements, enthaltend
- a) eine Außenschicht
(9),
- b) eine Schicht aus Polyurethanschaumstoff und
- c) gegebenenfalls eine Trägerschicht
(10),
mittels eines Formwerkzeugs, umfassend ein Formunterteil
(3) und ein Formoberteil (4), einen ersten Dichtkreis
(1) und einen zweiten Dichtkreis (2), wobei im
geschlossenen Zustand des Formwerkzeugs eine Werkzeugkavität (5)
gebildet wird, die durch den umlaufenden ersten Dichtkreis (1)
begrenzt wird und wobei umlaufend um die durch den ersten Dichtkreis
begrenzte Werkzeugkavität
ein evakuierbarer Unterdruckraum (6) gebildet wird, der
durch den ersten und zweiten Dichtkreis (2) begrenzt wird,
umfassend die Schritte:
(i) Einlegen der Außenschicht in das Formunterteil und
gegebenenfalls Einbringen, bevorzugt Aufstecken auf das Formoberteil,
der optionalen Trägerschicht
(c),
(ii) Einbringen der Polyurethansystemkomponenten auf die
Außenschicht
und Schließen
des Formwerkzeugs, wobei das Schließen des Formwerkzeugs vor (=
Schäumen
in geschlossene Form) oder nach dem Einbringen der Polyurethansystemkomponenten
erfolgen kann,
(iii) Schließen des zweiten Dichtkreises
(2),
(iv) Evakuieren des Unterdruckraums (6)
und der Werkzeugkavität
(5),
(v) Reagieren lassen des Polyurethansystems,
(vi)
Schließen
des ersten Dichtkreises (1), bevor das reagierende Polyurethansystem
aus der Werkzeugkavität
austreten kann, und
(vii) Aushärten lassen des Polyurethanschaumstoffs
und Öffnen
des Formwerkzeugs.
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Die
Gegenstände
der vorliegenden Erfindung werden durch 1, die eine
bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Formwerkzeugs
zeigt, veranschaulicht.
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In 1 bedeutet:
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- 1
- erster
Dichtkreis
- 2
- zweiter
Dichtkreis
- 3
- Formunterteil
- 4
- Formoberteil
- 5
- Werkzeugkavität
- 6
- Unterdruckraum
- 7
- Vakuumdüse
- 8
- Drucksensor
- 9
- Außenschicht
- 10
- Trägerschicht
- 11
- Vakuum-Kanal
für Randvakuum
- 13
- Unterdruckrohr
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Das
erfindungsgemäße Formwerkzeug
wird bevorzugt zur Herstellung von Verbundelementen, umfassend
- a) eine Außenschicht
(9),
- b) eine Schicht aus Polyurethanschaumstoff und
- c) gegebenenfalls eine Trägerschicht
(10)
verwendet.
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Das
erfindungsgemäße Formwerkzeug
enthält
ein Formunterteil (3) und ein Formoberteil (4), wie
sie aus dem Stand der Technik bekannt sind. Als Formunterteil und/oder
Formoberteil werden im allgemeinen Werkzeughälften eingesetzt, deren Oberfläche beispielsweise
aus Stahl, Aluminium, Emaille, Teflon, Epoxydharz oder einem anderen
polymeren Werkstoff besteht, wobei die Oberfläche gegebenenfalls verchromt,
beispielsweise hartverchromt sein kann. Bevorzugt sollten die Formwerkzeuge
temperierbar sein, um die bevorzugten Temperaturen einstellen zu
können.
Zum Erreichen der nötigen Schließkraft ist
bevorzugt die eine Werkzeughälfte druckbeaufschlagt.
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Beim
Schließen
von Formunterteil und Formoberteil entsteht ein Hohlraum, der als
Werkzeugkavität
(5) bezeichnet wird und der im erfindungsgemäßen Verfahren
das resultierende Verbundelement enthält.
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Die
Werkzeugkavität
(5) wird durch den ersten Dichtkreis (1) begrenzt.
Der erste Dichtkreis ist im allgemeinen umlaufend um die Werkzeugkavität angebracht.
Der erste Dichtkreis kann aus einem Stück gefertigt sein, bevorzugt
ist jedoch, dass der erste Dichtkreis durch mehrere aneinandergereihte
Dichtungen aufgebaut ist.
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Der
Begriff "Kreis" in den Ausdrücken erster oder
zweiter "Dichtkreis" ist nicht im mathematischen Sinne
aufzufassen, vielmehr soll "Kreis" verdeutlichen, dass
die Dichtung umlaufend um das in der Regel nicht kreisförmige Formwerkzeug
angeordnet ist.
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Bei
dem ersten Dichtkreis kann es sich um einen permanenten oder um
einen regelbaren Dichtkreis handeln. Der erste Dichtkreis ist bevorzugt
regelbar, d.h. er kann bevorzugt mittels eines Steuergeräts, geöffnet und
geschlossen werden. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich
bei dem ersten Dichtkreis um einen aufblasbaren Dichtkreis (d.h.
der Dichtkreis ist aufblasbar und abblasbar), deren aneinandergereihte
Dichtungen zu unterschiedlichen Zeiten aufgeblasen bzw. abgeblasen
werden können.
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Auf
der von der Werkzeugkavität
(5) abgewandten Seite des ersten Dichtkreises befindet
sich im erfindungsgemäßen Formwerkzeug
zwischen Formoberteil und Formunterteil der Unterdruckraum (6),
der durch den ersten und den zweiten Dichtkreis begrenzt wird.
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Der
zweite regelbare Dichtkreis ist im allgemeinen umlaufend um die
Werkzeugkavität
angebracht. Der zweite Dichtkreis kann aus einem Stück gefertigt
sein, bevorzugt ist jedoch, dass der zweite Dichtkreis durch mehrere
aneinandergereihte Dichtungen aufgebaut ist.
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Der
zweite Dichtkreis kann permanent sein, d.h. bei geschlossener Form
ist der Unterdruckraum 6 nach außen abgedichtet oder der zweite
Dichtkreis ist regelbar, d.h. er kann bevorzugt mittels eines Steuergeräts, geöffnet und
geschlossen werden. Die Regelung des zweiten Dichtkreises erfolgt üblicherweise
unabhängig
von der Regelung des ersten Dichtkreises. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt
es sich bei dem zweiten Dichtkreis um einen aufblasbaren Dichtkreis.
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An
den Unterdruckraum (6) grenzt das Unterdruckrohr (13),
welches bevorzugt durch das Formoberteil verläuft. Unter Unterdruckrohr wird
im Rahmen dieser Erfindung eine Vorrichtung verstanden, durch die
das Gas im Unterdruckraum regelbar entfernt werden kann, so dass
im Unterdruckraum ein Unterdruck gegenüber dem Atmosphärendruck außerhalb
des Werkzeugs entsteht. Der Unterdruckraum ist somit evakuierbar.
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In
einer weiteren Ausführungsform
sind um den Unterdruckraum (6) mehrere an speziellen Stellen
umlaufend angebrachte Unterdruckrohre (13) angebracht.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
enthält
das Formunterteil mehrere Vakuumdüsen (7) für das Nestvakuum
und bevorzugt eine umlaufende Vakuumnut (11) für das Randvakuum.
Durch die Vakuumdüsen
wird Unterdruck erzeugt, der eine in das Formunterteil eingelegte
Außenschicht
(9) am Formunterteil hält.
In einer bevorzugten Ausführungsform
weist das Formunterteil 20 bis 500 Vakuumdüsen pro m2 auf.
Die Vakuumdüsen
applizieren auf die Außenschicht
im allgemeinen einen Druck, der von 0,05 bis 0,9 bar, bevorzugt
von 0,3 bis 0,7 bar unter dem Atmosphärendruck außerhalb des Formwerkzeuges
liegt.
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Um
die Außenschicht
im Auslaufbereich umlaufend im Formunterteil zu fixieren ist bevorzugt
eine Vakuumnut (11) im Formwerkzeug eingebracht. Diese
liegt umlaufend kurz innerhalb oder außerhalb des Kanals für den ersten
Dichtkreis (1) oder ist sogar im Kanal für den ersten
Dichtkreis mit eingebracht. Dieses sogenannte Randvakuum hängt im allgemeinen an
derselben Vakuumversorgung, lässt
sich aber bevorzugt unterschiedlich zum Nestvakuum steuern.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
enthält
das Formunterteil zumindest einen mit der Außenschicht des herzustellenden
Verbundelements in Kontakt stehenden Drucksensor (8). Es
ist hierbei vorteilhaft, wenn der wenigstens eine Drucksensor, gegebenenfalls
unter Zwischenschaltung einer Verstärkereinrichtung, signalleitend
mit einer Steuereinrichtung verbunden ist.
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Von
besonderem Vorteil ist es ferner, wenn die Steuereinrichtung geeignet
ist, unter Einbeziehung des Signals des wenigstens einen Drucksensors
sowie weiterer Eingangsdaten und/oder in der Steuereinrichtung bereits
gespeicherter Daten Ausgangssignale zur Steuerung der Vorrichtung
zu erzeugen.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist nur ein Drucksensor (8) dargestellt, jedoch ist es
durchaus zweckmäßig, mehrere
derartige Sensoren vorzusehen, um die Druckverhältnisse im Bauteil möglichst
gut abbilden zu können.
Mittels des Drucksensors ist an der Außenschicht (9) der
Innendruck im Schaumbereich (5) messbar. Beispielsweise
sind auch im Bereich der Randdichtung Drucksensoren vorgesehen,
so dass anhand deren Signale eine Defekt im Bereich der Randdichtung
festgestellt und lokalisiert werden kann. Zwischen den Formhälften des Formwerkzeuges
sind gegebenenfalls mehrere Randspalte verteilt auf den Umfang angeordnet,
die unter Umständen
mit separat ansteuerbaren Randdichtungen verschließbar sind.
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Der
Drucksensor ist gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Verstärkereinrichtung
mittels einer Signalleitung mit einer Steuereinrichtung verbunden,
welche unter Einbeziehung bereits gespeicherter Daten und/oder weiterer
Eingangsgrößen Ausgangsgröße zur Steuerung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Herstellung der Verbundelemente erzeugt.
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Um
bei dem Herstellungsprozess vorbestimmte Temperaturkurven durchlaufen
zu können, sind
bevorzugt die Formteile (3, 4) mit Temperierbohrungen
versehen, durch welche ein Heiz- bzw. Kühlmedium leitbar ist; gegebenenfalls
sind die Formteile auch direkt beheizbar. Die Formteile sind zweckmäßigerweise
getrennt voneinander temperierbar, so dass den unterschiedlichen
wärmetechnischen Kenngrößen respektive
der Bauteilgeometrie Rechnung getragen werden kann.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
dient zur Herstellung eines Verbundelements, enthaltend
- a) eine Außenschicht
(9) und
- b) eine Schicht aus Polyurethanschaumstoff,
wobei das
Verfahren mittels des erindungsgemäßen Formwerkzeugs durchgeführt wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
enthält
das Verbundelement zusätzlich
noch
- c) eine Trägerschicht (10).
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
Verbundelemente zur Verwendung im Kraftfahrzeug-Innenbau, beispielsweise
Instrumententafeln, Seiten- und Türseitenverkleidungen, Mittelkonsolen
und/oder Armlehnen, Handschuhkasten, Knieschutz, Airbagdeckel, Türspiegel
hergestellt, bevorzugt werden Instrumententafeln hergestellt.
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Als
Außenschicht
(a) werden üblicherweise Materialien
verwendet, die dem Verbundelement ein dekoratives Äußeres verleihen,
wie beispielsweise Kunststofffolien, Kunststoffhäute Textilien und/oder Leder.
Bevorzugt werden PUR-Sprüh-
oder Gieß- oder
Slushhäute
und/oder PVC-Slushhäute,
sowie tiefgezogene Folien aus Thermoplastmaterialien verwendet.
Die Dicke der Außenschicht
beträgt
im allgemeinen 0,6 bis 2 mm, bevorzugt von 0,8 bis 1,2 mm.
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Als
Polyurethanschaumstoff (b) sind im allgemeinen alle Polyurethanschaumstoffe,
erhältlich durch
Umsetzung von Isocyanaten mit Polyolen denkbar. Bevorzugt verwendet
werden Polyurethanhalbhartschaumstoffe mit einer Druckfestigkeit
nach DIN 53421 von 15 bis 80 kPa, bevorzugt von 30 bis 70 kPa. Die
Schicht aus Polyurethanschaumstoff weist üblicherweise eine Dicke von
1 bis 50 mm, bevorzugt von 4 bis 20 mm auf.
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Als
Trägerschicht
(e) kommen im allgemeinen alle Materialien in Frage, welche die
mechanischen Eigenschaften des resultierenden Verbundelements positiv
beeinflussen. Beispiele hierfür
sind Holzfaser-Trägerteile
, glasfaserverstärkte
Thermoplaste oder Duromer-Trägerteile,
gegebenenfalls auch Trägerteile
aus Leicht-Metall. Die Trägerelemente
weisen üblicherweise
eine Dicke von 1 mm bis 10 mm, bevorzugt von 1,5 mm bis 3 mm auf.
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Die
Verbundelemente werden im erfindungsgemäßen Verfahren durch folgende
Schritte hergestellt:
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(i) Einlegen der Außenschicht
in das Formunterteil.
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Die
Außenschicht
wird bei geöffnetem
Formwerkzeug in das Formunterteil eingelegt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird die Außenschicht
durch Anlegen von Unterdruck mittels vorstehend beschriebenen Vakuumdüsen am Formunterteil
fixiert.
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Sofern
ein Verbundelement mit Trägerelement
(c) hergestellt werden soll, wird in diesem Arbeitsschritt ebenfalls
das Trägerelement
in das Formwerkzeug eingebracht. Bevorzugt wird das Trägerelement
am Formoberteil fixiert.
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(ii) Einbringen von Polyurethansystemkomponenten auf
die Außenschicht.
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Auf
die eingelegte Außenschicht
werden Polyurethansystemkomponenten eingebracht. Die Polyurethansystemkomponenten
enthalten eine Isocyanatkomponente (ii-a) und eine Polyolkomponente (ii-b).
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Als
Isocyanate (ii-a) können
allgemein bekannte (cyclo)aliphatische und/oder insbesondere aromatische
Polyisocyanate eingesetzt werden. Zur Herstellung der Polyurethane
eignen sich besonders aromatische Diisocyanate, vorzugsweise Diphenylmethandiisocyanat
(MDI) und Toluylendiisocyanat (TDI). Die Isocyanate können in
Form der reinen Verbindung oder in modifizierter Form, beispielsweise
in Form von Urethdionen, Isocyanuraten, Allophanaten oder Biurethen,
vorzugsweise in Form von Urethan- und Isocyanatgruppen enthaltenden
Umsetzungsprodukten, sogenannten Isocyanat-Prepolymeren, eingesetzt
werden.
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Als
Polyole (ii-b) werden im allgemeinen Polyetherole und/oder Polyesterole
verwendet. Im allgemeinen weisen die Polyetherpolyole eine Funktionalität von 1,9
bis 8,0, bevorzugt von 2 bis 6, besonders bevorzugt von 2 bis 4
auf. Des weiteren weisen sie eine Hydroxylzahl von 10 bis 1000 mg
KOH/g, bevorzugt von 25 bis 200 mg KOH/g auf. Ferner weisen sie
bevorzugt 10 bis 100%, bevorzugt 50 bis 80% primäre Hydroxylgruppen auf.
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Als
Polyetherole (ii-b) können
außerdem
sogenannte niedrig ungesättigte
Polyetherole verwendet werden. Unter niedrig ungesättigten
Polyolen werden im Rahmen dieser Erfindung insbesondere Polyetheralkohole
mit einem Gehalt an ungesättigten Verbindungen
von kleiner als 0,02 meq/g, bevorzugt kleiner als 0,01 meq/g, verstanden.
Derartige Polyetheralkohole werden zumeist durch Anlagerung von Alkylenoxiden,
insbesondere Ethylenoxid, Propylenoxid und Mischungen daraus, an
mindestens difunktionelle Alkohole in Gegenwart von sogenannten Doppelmetallcyanidkatalysatoren
hergestellt.
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Die
Polyurethansystemkomponenten können
ferner Kettenverlängerungsmitteln
und/oder Vernetzungsmittel (ii-c) enthalten. Bei den Kettenverlängerungsmitteln
handelt es sich im allgemeinen um 2 funktionelle Alkohole mit Molekulargewichten
von 60 bis 499, beispielsweise Ethylenglykol, Propylenglykol, Butandiol-1,4,
Pentandiol-1,5. Bei den Vernetzungsmitteln handelt es sich um Verbindungen
mit Molekulargewichten von 60 bis 499 und 3 oder mehr aktiven H-Atomen,
vorzugsweise Aminen und besonders bevorzugt Alkoholen, beispielsweise
Glyzerin, Trimethylolpropan und/oder Pentaerythrit.
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Weiterhin
können
die Polyurethansystemkomponenten Füll- oder Verstärkungsstoffe
(ii-d) in einer Menge von 0 bis 60 Gew.-%, bevorzugt von 1 bis 30
Gew.-%, mehr bevorzugt von 5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht
der Komponenten (ii-a), (ii-b) und gegebenenfalls (ii-c), enthalten,
die im allgemeinen zu einer Verstärkung des Polyurethans und
damit zu einer Verbesserung seiner mechanischen Eigenschaften führen. Bevorzugt
werden die Füll-
oder Verstärkungsstoffe
in Form von Fasern und/oder Plättchen
eingesetzt.
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Ferner
können
die Polyurethansystemkomponente Katalysatoren (ii-e) enthalten.
Dies sind Verbindungen, die die Reaktion der Komponente (ii-a) mit
der Komponente (ii-b) beschleunigen. In Frage kommen beispielsweise
tertiäre
Amine und/oder organische Metallverbindungen, insbesondere Zinnverbindungen.
Beispielsweise können
als Katalysatoren folgende Verbindungen eingesetzt werden: Triethylendiamin,
Aminoalkyl- und/oder
Aminophenyl-imidazole und/oder Zinn-(II)salze von organischen Carbonsäuren. Katalysatoren
werden im allgemeinen in einer Menge von 0,1 bis 5 Gew.% bezogen auf
das Gewicht der Komponenten (ii-b) und gegebenenfalls (ii-c) eingesetzt.
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Schließlich können die
Polyurethansystemkomponente Treibmittel (ii-f) enthalten. Als Treibmittel
können
zur Herstellung von geschäumten
Produkten (ii) allgemein bekannte chemisch oder physikalisch wirkende
Verbindungen eingesetzt werden. Bevorzugt wird nur Wasser als Treibmittel
eingesetzt.
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Im
allgemeinen wird die Komponente (ii-a) als Isocyanatkomponente und
die Komponente (ii-b), gegebenenfalls im Gemisch mit den Komponenten (ii-c)
bis (ii-f) als Polyolkomponente bezeichnet.
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Zur
Herstellung von des aus der Reaktion der Polyurethansystemkomponenten
resultierenden Polyurethanschaumstoffs werden im allgemeinen die Polyurethansystemkomponenten
(ii-a), (ii-b) und gegebenenfalls (ii-c) und (ii-e) über übliche Hoch-
oder Niederdruckmischköpfe
vermischt in solchen Mengen zur Umsetzung gebracht (d.h. in das
Formwerkzeug eingebracht), dass das Äquivalenzverhältnis von
NCO-Gruppen zur Summe der reaktiven Wasserstoffatome 1:0.8 bis 1:1.25,
vorzugsweise 1:0.9 bis 1:1.15 beträgt. Ein Verhältnis von
1:1 entspricht hierbei einem NCO-Index von 100.
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Das
Einbringen der Polyurethansystemkomponenten erfolgt üblicherweise
in das offene Werkzeug. In diesem Fall ist das Formwerkzeug vor
Verfahrensschritt iii) zu schließen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
erfolgt das Einbringen der Polyurethansystemkomponenten in die geschlossene
Form. Hierzu erfolgt bevorzugt der Anspritzpunkt über eine
Bohrung im Werkzeug-Oberteil oder durch einen zwischen den Werkzeughälften befindlichen
Filmanguss. Grundsätzlich
kann sowohl zunächst
eingespritzt (d.h. die Sytemkomponenten eingebracht) und dann evakuiert werden,
als auch umgekehrt. Bevorzugt ist der zweite Dichtkreis (2)
hierbei von Anfang an geschlossen. Der Vorteil dieser Ausführungsform
ist eine schnelle Reaktionszeit, wodurch eine kürzer Entformzeit für das resultierende
Verbundelement erreicht wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weisen die Verbundelemente eine Schaumstoffdicke von 1 bis 50 mm,
bevorzugt 2 bis 20 mm, besonders bevorzugt 8 bis 12 mm auf.
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(iii) Schließen des
zweiten Dichtkreises (2).
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Nachdem
in einer möglichen
Ausführungsform
die Polyurethansystemkomponenten bei offenem Werkzeug eingebracht
worden sind wird dieses erst vollständig geschlossen und dann der
zweite Dichtkreis geschlossen. Üblicherweise
erfolgt das Schließen
des zweiten Dichtkreises innerhalb von 0,1 bis 10 Sekunden, bevorzugt
1 bis 5 Sekunden, nachdem der Einbringvorgang und der Schließvorgang
des Werkzeugs abgeschlossen ist.
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(iv) Evakuieren des Unterdruckraums
(6) und der Werkzeugkavität (5).
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Nachdem
der zweite Dichtkreis geschlossen wurde, wird der Druck im Unterdruckraum
(6) gesenkt. Da der erste Dichtkreis (1) zu diesem
Zeitpunkt noch geöffnet
ist, wird der Druck in der Werkzeugkavität (5) ebenfalls gesenkt.
Das Absenken des Drucks im Unterdruckraum kann beispielsweise mittels
eines Unterdruckrohres (13) (bzw. mittels mehrerer Unterdruckrohre),
welches beispielsweise durch das Formoberteil verlaufen kann, erfolgen.
Das Absenken des Druckes erfolgt im allgemeinen innerhalb von 0,1
bis 10 Sekunden, bevorzugt 1 bis 5 Sekunden, nachdem der zweite
Dichtkreis geschlossen wurde.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird im Unterdruckraum (und somit auch in der Werkzeugkavität) ein Absolutdruck
von 0,1 bis 0,9 bar, mehr bevorzugt von 0,2 bis 0,8 bar, besonders
bevorzugt von 0,3 bis 0,8 bar eingestellt.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
wird der Unterdruckraum nur soweit evakuiert, dass der Absolutdruck
im Unterdruckraum (und somit auch in der Werkzeugkavität) größer ist, als
der Druck, mit dem die Außenschicht
mittels Vakuumdüsen
an die Formunterseite gesaugt wird. Besonders bevorzugt ist hierbei,
dass der Absolutdruck im Unterdruckraum (und somit auch in der Werkzeugkavität) um 0,005
bis 0,5, mehr bevorzugt von 0,05 bis 0,4, insbesondere von 0,3 größer ist
als der Druck, mit dem die Außenschicht
mittels Vakuumdüsen
an die Formunterseite gesaugt wird.
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(v) Reagieren lassen des
Polyurethansystems.
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Nachdem
der Druck wie vorstehend beschrieben abgesenkt wurde lässt man
die Polyurethansystemkomponenten reagieren. An dieser Stelle sei
angemerkt, dass die Reaktion im streng chemischen Sinne schon beim
Vermischen der Komponenten beginnt.
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Die
Umsetzung zu dem resultierenden Polyurethanschaumstoff erfolgt üblicherweise
bei einer Formtemperatur von 30°C
bis 80°C.
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Bei
der Reaktion bildet sich aus den flüssigen Polyurethansystemkomponenten
ein fester Schaumstoff. Sofern im Formwerkzeug ein Trägerelement
(c) eingelegt wurde hängt
es von der Art und Form des Trägerelements
ab, ob der aufsteigende Polyurethanschaum das Trägerelement umschließt (d.h.
einbettet), oder ob der Schaum nur an das Trägerelement angrenzt und das
Trägerelement
somit eine Trägerschicht
bildet.
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(vi) Schließen des
ersten Dichtkreises (1), bevor das reagierende Polyurethansystem
aus der Werkzeugkavität
austreten kann.
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Der
erste Dichtkreis wird geschlossen, bevor das reagierende Polyurethansystem
soweit aufgeschäumt
ist, dass es aus der Werkzeugkavität austreten kann. Üblicherweise
erfolgt das Schließen
des ersten Dichtkreises 0 bis 100 Sekunden, bevorzugt 2 bis 50 Sekunden
nach dem Schließen
des Werkzeuges oder nach Beendigung des Einspritzens von Polyurethansystemkomponenten
in das geschlossene Werkzeug.
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Das
Vakuum im Unterdruckraum kann mit Schließen der letzten Dichtung des
Dichtkreis 1 abgeschaltet werden. Es ist jedoch möglich das
Vakuum bis zum erfolgten Entgasen eingeschalten zu lassen oder schon
vor dem Schließen
der Dichtungen abzuschalten.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
werden die Abmessungen der Außenhaut
so gewählt, dass
diese über
den ersten Dichtkreis ragt. Beim Schließen des ersten Dichtkreises
drückt
diese die Außenhaut
an das Formoberteil oder an das Trägerelement, so dass das resultierende
Verbundelement von der Außenhaut
abgeschlossen wird und kein Polyurethanschaumstoff austritt.
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(vii) Aushärten lassen
des Polyurethanschaumstoffs und Öffnen
des Formwerkzeugs.
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Üblicherweise
lässt man
den Polyurethanschaumstoff 0,5 bis 5 Minuten, bevorzugt 1 bis 2
Minuten aushärten,
bevor die Form geöffnet
und das resultierende Verbundelement entnommen wird.
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Für das erfindungsgemäße Verfahren
ergeben sich im allgemeinen Zykluszeiten von 1 bis 15 Minuten, bevorzugt
von 2 bis 5 Minuten. Unter Zykluszeit wird hierbei ein kompletter
Durchlauf, d.h. die Zeit vom Einlegen der Außenschicht bis zur Entnahme
des fertigen Bauteils verstanden.
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Schritt
(vii) im erfindungsgemäßen Verfahren umfasst
in einer bevorzugten Ausführungsform
folgende Teilschritte:
- (vii-1) Aushärten lassen
des Polyurethanschaumstoffs,
- (vii-2) Öffnen
des ersten Dichtkreises,
- (vii-3) Entgasung des Polyurethanschaumstoffs und
- (vii-4) Öffnen
der Form und Entnahme des Bauteils.
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Die
Entgasung des Polyurethanschaumstoffs (Teilschritt vii-3) wird im
allgemeinen durch Aufrechterhaltung oder erneutes Anlegen des Unterdrucks
im Unterdruckraum, bevorzugt über
eine Dauer von 0,5 bis 5, insbesondere von 1 bis 3 Sekunden bewirkt.
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Das
Entgasen über
den ersten Dichtkreis kann alternativ auch ohne Aufrechterhaltung
des Unterdruckes im Unterdruckraum erfolgen, es kann hierzu entweder
der zweite Dichtkreis gleichzeitig geöffnet werden oder die Belüftung über das
Unterdruckrohr (beispielsweise mittels Bypass-Ventil) erfolgen.
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Nach
dem Entgasen wird üblicherweise
zur Erzielung einer optimalen Bauteilkontur eine Vorentriegelung
durchgeführt,
hierzu werden die Formteilhälften
ca. 3 mm auseinandergefahren.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
bringt gegenüber
dem Stand der Technik folgende Vorteile:
Es werden Fehler im
Polyurethanschaumstoff, wie z.B. Lufteinschlüssen, Zuglunker, Gasblasen
oder nicht ausgeschäumte
Stellen im Bauteil vermieden, somit kommt es zu wesentlich weniger
Ausschuss und/oder Nacharbeit.
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Die
Schaumhaftung auf Dekor- und Trägeroberfläche, vor
allem im Randzonenbereich, wird durch kürzere Fließzeit deutlich verbessert (Schaum ist
im frühen
Reaktionsstadium polarer).
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Die
Bauteildicke kann aufgrund des verbesserten Fließverhalten des Polyurethansystems
reduziert werden, komplexere Bauteilgeometrien sind machbar.
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Es
ergibt sich eine verbesserte Dichteverteilung im Bauteil, vor allem
bei Dickensprüngen
und an Stellen, die weit von der Eintragsstelle entfernt sind.
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Die
Zellstruktur wird verbessert.
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Es
ist eine Dichtereduktion möglich,
d.h. es ist eine geringere Schaumeintragsmenge erforderlich.
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Die
Zykluszeit wird reduziert.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht
das Einbringen des Polyurethansystems in ein geschlossenes Formwerkzeug,
dadurch wird die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erheblich verbessert.
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Es
ergibt sich ein breiteres Verarbeitungsfenster, zudem kann dieses
durch Einsatz unempfindlicher Polyurethansysteme noch zusätzlich erweitert
werden.
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Ferner
muss beim Einbringen des Polyurethansystems in das Formwerkzeug
nicht auf eine exakte Einschäumzeile
geachtet werden Je nach Bauteil kann sogar ein Punktschuss auf eine
Stelle erfolgen.
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Aufgrund
des geringeren Luftdruckes in der Werkzeugkavität können beim Einsatz von Polyurethansystemen
mit einem geringen Wassergehalt, bevorzugt von 1 bis 3 Gew.-%, besonders bevorzugt von
1,5 bis 2,5 Gew.-%, Verbundelemente mit einer formverschäumten Dichte
im Polyurethanschaumstoff von 80 bis 140 g/l, besonders bevorzugt
von 100 bis 120 g/l erhalten werden.
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Gegenstand
der Erfindung sind daher Verbundelemente, erhältlich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,
dadurch gekennzeichnet, dass das eingesetzte Polyurethansystem einen
Wassergehalt von 1 bis 3 Gew.-%, bevorzugt von 1,5 bis 2,5 Gew.-%,
bezogen auf das Gesamtgewicht der Polyurethansystems, aufweist und
der erhaltene Polyurethanschaumstoff eine formverschäumte Dichte
von 80 bis 140 g/l, bevorzugt von 100 bis 120 g/l, besitzt.
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Insbesondere
sind Gegenstand der Erfindung Verbundelemente, erhältlich nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren,
dadurch gekennzeichnet, dass das eingesetzte Polyurethansystem einen
Wassergehalt von 2,5 bis 3 Gew.-%, bevorzugt von mehr als 2,5 bis
2,8 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Polyurethansystems,
aufweist und dass der erhaltene Polyurethanschaumstoff eine formverschäumte Dichte
von 80 bis 110 g/l, bevorzugt von 90 bis 100 g/l, besitzt.
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Des
weiteren sind insbesondere Gegenstand der Erfindung Verbundelemente,
erhältlich nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren,
dadurch gekennzeichnet, dass das eingesetzte Polyurethansystem einen
Wassergehalt von 2,0 bis weniger als 2,5 Gew.-%, bevorzugt von mehr
als 2,0 bis 2,4 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Polyurethansystems,
aufweist und dass der erhaltene Polyurethanschaumstoff eine formverschäumte Dichte von
mehr als 110 bis 140 g/l, bevorzugt von 115 bis 130 g/l, besitzt.
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In
diesem Zusammenhang wird unter Gesamtgewicht des Polyurethansystems
das Gewicht der Komponenten (ii-a) bis (ii-f) verstanden, jedoch ohne
Verstärkungsstoffe,
d.h. ohne Komponente (ii-d).
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist im erfindungsgemäßen Verbundelement
der Polyurethanschaumstoff eine Druckfestigkeit nach DIN 53421 von
15 bis 80 kPa auf.
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Die
erfindungsgemäßen Verbundelemente werden
im allgemeinen im Kraftfahrzeug-Innenbau, bevorzugt
als Instrumententafeln, Seitenverkleidungen, Mittelkonsolen und/oder
Armlehnen verwendet. Gegenstand der Erfindung ist somit auch eine
Instrumententafel, enthaltend das erfindungsgemäße Verbundelement.