DE102007051112A1

DE102007051112A1 - Verbundelemente und ein Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE102007051112A1
Application number: DE102007051112A
Authority: DE
Inventors: Jens Ufermann; Henricus Dr. Peerlings
Original assignee: Bayer MaterialScience AG
Current assignee: Covestro Deutschland AG
Priority date: 2007-10-24
Filing date: 2007-10-24
Publication date: 2008-08-28

Abstract

Verbundelemente und ein Verfahren zu ihrer Herstellung, insbesondere für den Fahrzeugbau, aus einem thermoplastischen Polyurethan, einem Vliesstoff sowie einem unpolaren Kunststoff als Trägerelement, ein Verfahren zu ihrer Herstellung sowie ihre Verwendung.

Description

Die Erfindung betrifft Verbundelemente, insbesondere für den Fahrzeugbau, aus einem thermoplastischen Polyurethan, einem Vliesstoff sowie einem unpolaren Kunststoff als Trägerelement, ein Verfahren zu ihrer Herstellung sowie ihre Verwendung.
Preiswerte Kunststoffe werden seit langem beispielsweise in der Automobilindustrie zur Herstellung von Teilen eingesetzt. Nachteil dieser Kunststoffe, wie z. B. Polyolefine, sind deren teilweise schlechte physikalische Eigenschaften, wie z. B. deren Haptik, Kratzfestigkeit usw., um nur einige zu nennen. Um diese Nachteile zu vermeiden, hat es nicht an Lösungsansätzen gefehlt. So werden beispielsweise in WO 2006/089893 Kunststoffelemente, insbesondere aus Polypropylen einer Plasmabehandlung unterworfen, um nach dieser Behandlung einen weiteren Kunststoff, insbesondere TPU haftend aufzubringen, der bessere physikalische Eigenschaften aufweist. Die Plasmabehandlung wird durchgeführt, damit die beiden Kunststoffe haftend miteinander verbunden werden können. Dieses Verfahren ist jedoch sehr aufwendig und kostspielig und führt nicht immer zu dem gewünschten Haftungsergebnis.
Es sind auch Verfahren bekannt, bei denen die Oberfläche des Kunststoffes durch einen anderen Kunststoff veredelt wird, wobei die beiden Kunststoffe mit einer Klebeschicht miteinander verbunden werden.
In WO 2006/128873 werden Verbundelemente aus einem TPU-Vliesstoff und einem PU-Schaumstoff beschrieben. Die Verbundelemente können gegebenenfalls eine Deckschicht aus Polyolefin enthalten, die auf den Vliesstoff appliziert wird. Die Haftung ist auch hier nur ungenügend.
Aufgabe war es, Verbundelemente zur Verfügung zu stellen, welche preiswert sind, gleichzeitig gute Eigenschaften (wie z. B. Haptik, Optik, Kratzfestigkeit, Bruchverhalten, Weiterreißfestigkeit) aufweisen und einfach herstellbar sind, sowie ein möglichst effizientes und effektives Verfahren zu entwickeln, mit dem die Verbundelemente herstellbar sind und mit dem ein gut haftender Verbund mit einfachen Mitteln erreicht wird.
Diese Aufgabe konnte überraschenderweise durch die erfindungsgemäßen Verbundelemente gelöst werden, wobei ein unpolarer Kunststoff mit einem thermoplastischen Polyurethan als Beschichtung veredelt wird. Obwohl thermoplastische Polyurethane normalerweise nicht haftend mit unpolaren Kunststoffen verbunden werden können, konnte die Haftung mit einer Zwischenschicht aus einem Vliesstoff überraschend erreicht werden.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind daher Verbundelemente enthaltend

a) ein Trägerelement aus einem unpolaren Kunststoff aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen, Copolymeren aus Polyolefinen und deren Elends,
b) eine Zwischenschicht aus einem Vliesstoff aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen, Polyolefmcopolymeren, Styrolcopolymeren, Polyamid, Polyester, Polyacrylnitril, thermoplastischen Polyurethanen, Copolyesterethern, Polyethern und Glas- und Naturfasern,
c) eine Schicht aus thermoplastischem Polyurethan.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verbundelemente, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass

(i) ein Vliesstoff aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen, Polyolefincopolymeren, Styrolcopolymeren, Polyamid, Polyester, Polyacrylnitril, thermoplastischen Polyurethanen, Copolyesterethern, Polyethern und Glas- und Naturfasern vorgelegt und ein thermoplastisches Polyurethan auf den Vliesstoff extrudiert wird;
(ii) das Produkt aus (i) abgekühlt wird;
(iii) das abgekühlte Produkt in eine Hälfte einer Form gelegt und die Form anschließend mittels der zweiten Formhälfte geschlossen wird;
(iv) ein unpolarer Kunststoff aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen, Copolymeren aus Polyolefinen und deren Elends in die geschlossene Form gespritzt wird;
(v) nach Abkühlung die Form geöffnet und das Verbundelement entnommen wird.

Die erfindungsgemäßen Verbundelemente können im Fahrzeugbau, in der Bauindustrie, in der Sport- und Freizeitindustrie, in der Möbelindustrie usw. eingesetzt werden.
Thermoplastische Polyurethane (TPU) sind wegen ihrer guten Elastomereigenschaften und thermoplastischen Verarbeitbarkeit von großer technischer Bedeutung und sind für die Veredlung des unpolaren Kunststoffes der geeignete Partner. Eine Übersicht über die Herstellung, Eigenschaften und Anwendungen von TPU ist z. B. im Kunststoff Handbuch [G. Becker, D. Braun], Band 7 „Polyurethane", München, Wien, Carl Hanser Verlag, 1983 gegeben.
TPU werden zumeist aus linearen Polyolen (Makrodiolen), wie Polyester-, Polyether- oder Polycarbonatdiolen, organischen Diisocyanaten und kurzkettigen, zumeist difunktionellen Alkoholen (Kettenverlängerern) aufgebaut. Sie können kontinuierlich oder diskontinuierlich hergestellt werden. Die bekanntesten Herstellverfahren sind das Bandverfahren ( GB-A 1 057 018 ) und das Extruderverfahren ( DE-A 19 64 834 ).
Unter Vliesstoff wird eine Schicht aus gerichtet angeordneten oder wahllos zueinander befindlichen Fasern verstanden, z. B. Vliese (lose Mischung), Gewebe und Gewirke.
Für die Vliesstoffe werden Polyolefine, wie z. B. Polypropylen, Polyethylen, Polyolefincopolymere, Styrolcopolymere, Polyamid, Polyester, wie z. B. Polybutylenterephthalat und Polyethylenterephthalat, Polyacrylnitril, TPU, Copolyesterether, Polyether und deren Mischungen sowie Glas- und Naturfasern eingesetzt.
Die Kunststoff-Vliesstoffe können üblicherweise durch das aus dem Stand der Technik bekannte „Meltblown-Verfahren" oder „Spunbond-Verfahren" aus den entsprechenden Kunststoffen hergestellt werden. Vliesstoffe werden allgemein beschrieben in z. B. Römpp Chemie Lexikon, Auflage 8, Seite 4550, George Thieme Verlag, Stuttgart.
Als unpolarer Kunststoff werden vorzugsweise Polyolefine, wie z. B. Polypropylen und/oder Polyethylen oder Copolymere aus Polyolefinen oder deren Elends, wie z. B. Polypropylen mit EPDM (Ethylen-Propylendien-Monomer) eingesetzt. Polyolefie werden allgemein beschrieben in z. B. Römpp Chemie Lexikon, Auflage 8, Seite 3307 ff, George Thieme Verlag, Stuttgart.
Die Erfindung soll anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert werden.
Im Folgenden verwendete Abkürzungen:

Desmopan^® DP W 85085A:: aliphatisches TPU auf Basis eines Polyesteretherpolyols der Firma Bayer MaterialScience AG
PES-Vlies:: Polyestervlies
Dow Inspire TF 1500:: Polypropylen der Firma Dow Chemicals

Beispiel:
In einem Extruder wurde das Desmopan^® DP W 85085A mit einer Massetemperatur von etwa. 180°C aufgeschmolzen und über eine Breitschlitzdüse direkt auf das PES-Vlies mit einer Dichte von 80 g/m2 und eine Breite von 1,80 m aufgetragen. Anschließend wurde das Halbzeug aufgewickelt.
Dieses Halbzeug wurde in eine Spritzgießmaschine eingelegt. Die Form wurde geschlossen. Mit einem Heisskanal wurde das Dow Inspire TF 1500 mit einer Massetemperatur von etwa 190°C eingespritzt. Die Formtemperatur betrug dabei 45°C. Nach dem Abkühlen wurde das Fertigteil entformt.
Folgende Prüfungen wurden am Fertigteil durchgeführt:
Trennversuche:
Es wurde qualitativ beurteilt, wie die Haftung zwischen TPU und PP ist, indem versucht wurde, die Teile per Hand zu trennen. Die Schichten des Fertigteiles konnten nicht getrennt werden. Die Haftung war sehr gut.
Oberflächenempfindlichkeit:
Die Oberflächenempfindlichkeit wurde mittels dem Crockmeterverfahren (Norm PV 3906; Norm der Volkswagen AG) und mittels dem Erichsen-Stab (PV 3952, Norm der Volkswagen AG) ermittelt.
Bei dem Crockmetertest wird mit einem Stempel über die Oberfläche gerieben und zwar mit 100 Hüben bei einem Auflagegewicht von 10 N.
Beim Erichsen-Stab-Test wird mit einer 1 mm breiten Spitze mit einem Auflagegewicht von 10 N und einer Geschwindigkeit von 17 mm/sec über die Oberfläche des Teiles gekratzt.
Beide Tests lieferten zufriedenstellende Ergebnisse; das Teil ist ausreichend kratzfest.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- WO 2006/089893 [0002]
- WO 2006/128873 [0004]
- GB 1057018 A [0011]
- DE 1964834 A [0011]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- [G. Becker, D. Braun], Band 7 „Polyurethane", München, Wien, Carl Hanser Verlag, 1983 [0010]
- Römpp Chemie Lexikon, Auflage 8, Seite 4550, George Thieme Verlag, Stuttgart [0014]
- Römpp Chemie Lexikon, Auflage 8, Seite 3307 ff, George Thieme Verlag, Stuttgart [0015]

Claims

Verbundelemente enthaltend a) ein Trägerelement aus einem unpolaren Kunststoff aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen, Copolymeren aus Polyolefinen und deren Elends, b) eine Zwischenschicht aus einem Vliesstoff aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen, Polyolefmcopolymeren, Styrolcopolymeren, Polyamid, Polyester, Polyacrylnitril, thermoplastischen Polyurethanen, Copolyesterethern, Polyethern und Glas- und Naturfasern, c) einer Schicht aus thermoplastischem Polyurethan.
Verfahren zur Herstellung der Verbundelemente gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass (i) ein Vliesstoff aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen, Polyolefincopolymeren, Styrolcopolymeren, Polyamid, Polyester, Polyacrylnitril, thermoplastischen Polyurethanen, Copolyesterethern, Polyethern und Glas- und Naturfasern vorgelegt und ein thermoplastisches Polyurethan auf den Vliesstoff extrudiert wird; (ii) das Produkt aus (i) abgekühlt wird; (iii) das abgekühlte Produkt in eine Hälfte einer Form gelegt und die Form anschließend mittels der zweiten Formhälfte geschlossen wird; (iv) ein unpolarer Kunststoff aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen, Copolymeren aus Polyolefinen und deren Elends in die geschlossene Form gespritzt wird; (v) nach Abkühlung die Form geöffnet und das Verbundelement entnommen wird.
Verwendung der Verbundelemente gemäß Anspruch 1 im Fahrzeugbau, in der Bauindustrie, Sport- und Freizeitindustrie und Möbelindustrie.