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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeuginnenverkleidungsteil, welches eine erste Schicht aus einem ersten Kunststoffmaterial und eine zweite Schicht aus einem zweiten Kunststoffmaterial umfasst, wobei zumindest die erste Schicht einen zusätzlichen Stoff aufweist, der dazu geeignet ist, durch Diffusion in die zweite Schicht hinein zu migrieren, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Fahrzeuginnenverkleidungsteils.
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Derartige Fahrzeuginnenverkleidungsteile sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Üblicherweise sind Instrumententafeln mehrschichtig ausgebildet. Eine die Sichtseite der Instrumententafel bildende Dekorschicht weist oftmals Kunststoffzusätze auf, die bei fortschreitender Alterung der Instrumententafel in eine als Haptikschicht dienende Zwischenschicht (beispielsweise aus einem Schaum oder einem Abstandsgewirke) migrieren. Diese Kunststoffzusätze haben auf die Haptikschicht eine nachteilige Wirkung. Beispielsweise kann die fortschreitende Migration von Kunststoffzusatzstoffen in eine Schaumschicht zu einer Reduzierung der Festigkeit des Schaums führen.
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Ein gattungsgemäßes Fahrzeuginnenverkleidungsteil wird beispielsweise in der
US 2009/0062454 A1 als Stand der Technik diskutiert. Dort wird erwähnt, dass eine Dekorschicht für ein Fahrzeuginnenverkleidungsteil als PVC-Haut mit einer PU-Beschichtung ausgebildet werden kann, wobei die PVC-Haut Weichmacher aufweist.
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Aus der
DE 10 2007 015 317 A1 ist außerdem bekannt, einen Compositwerkstoff, der eine thermoplastische Matrix und eine thermoplastische Verstärkungskomponente aufweist, als Werkstoff für die Herstellung von Bauteilen, Komponenten und Profilen zu verwenden. Die thermoplastische Matrix und die thermoplastische Verstärkungskomponente sind nicht miteinander verträglich und die Matrix weist eine niedrigere Schmelztemperatur auf als die Verstärkungskomponente. Beide Materialien wurden im geschmolzenen Zustand gemischt. Die plastifizierte Mischung ist durch eine Düse ausgetragen und anschließend im Verhältnis
2 bis
20 verstreckt worden. Nach dem Verstrecken ist die Mischung unter Spannung abgekühlt worden.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Fahrzeuginnenverkleidungsteil vorzuschlagen, das eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Alterungsbeständigkeit aufweist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Fahrzeuginnenverkleidungsteils vorzuschlagen.
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Diese Aufgaben werden durch ein Fahrzeuginnenverkleidungsteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestalten werden durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.
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Dadurch, dass die erste und/oder zweite Schicht Nanopartikel enthält, die dazu ausgebildet sind eine mittlere Weglänge zu verringern, die die Moleküle des zusätzlichen Stoffs im Durchschnitt zurücklegen müssen, um von der ersten Schicht in die zweite Schicht zu gelangen, wird eine Migrationsgeschwindigkeit des zusätzlichen Stoffs verringert und somit die Alterung des Fahrzeuginnenverkleidungsteils durch das Eindringen des zusätzlichen Stoffs in die zweite Schicht verzögert. Auch die Alterungsbeständigkeit der ersten Schicht wird verbessert, denn ein Entweichen des zusätzlichen Stoffs, der üblicherweise die Eigenschaften der ersten Schicht positiv beeinflusst, wird vermieden bzw. verzögert. Die Verlängerung der Wegstrecke ergibt sich daraus, dass die Nanopartikel selbst undurchlässig für den zusätzlichen Stoff sind. Hierdurch muss sich der zusätzliche Stoff bei der Migration um die Nanopartikel herum bewegen.
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Die Nanopartikel sind bis zu einer Temperatur von mindestens 150° C, vorzugsweise mindestens 180°C oder 200°C temperaturstabil. Bei der Herstellung der ersten Schicht auftretende Temperaturen führen somit zu keiner Veränderung der Nanopartikel.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform können die Nanopartikel platten- oder nadelförmig ausgebildet sein. Die Nanopartikel können also in mindestens einer ersten Richtung eine Abmessung von unter 1 µm (vorzugsweise unter 100 nm und besonders vorzugsweise unter 10 nm) aufweisen, wobei die Abmessung in mindestens einer zur ersten Richtung orthogonalen Richtungen mindestens das Zehnfache, vorzugsweise mindestens das Hundertfache, wie die Abmessung in dieser ersten Richtung beträgt. Vorzugsweise können die Abmessungen der Nanopartikel in allen Richtungen kleiner als 1 µm sein. Insbesondere können die Nanopartikel in der ersten Richtung eine Abmessung von unter 10 nm und in mindestens einer anderen Richtung von über 10 nm, vorzugsweise über 100 nm, aufweisen.
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Je nach Ausführungsform können die Nanopartikel beispielsweise gleichmäßig über die erste und/oder zweite Schicht verteilt sein. Unter einer gleichmäßigen Verteilung der Nanopartikel wird in der vorliegenden Anmeldung verstanden, dass die nanopartikelhaltigsten 20 Prozent, vorzugsweise 30 Prozent, der entsprechenden Schicht nicht mehr als 50 Prozent der Nanopartikel enthalten. Mit den „nanopartikelhaltigsten 20 Prozent“ ist der zusammenhängende Bereich (ohne im Bereich liegenden Ausspaarungen) mit 20% des Gesamtvolumens der Schicht gemeint, der am meisten Nanopartikel enthält. Bei einer gleichmäßigen Verteilung der Nanopartikel wird nicht nur ein Eindringen des Zusatzes in die zweite Schicht verzögert bzw. vermieden, sondern auch ein Herausmigrieren des Zusatzes aus der ersten Schicht in die Umgebung.
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Dies hat zum einen den Vorteil, dass die Konzentration des Zusatzes in der ersten Schicht bei Alterung des Fahrzeuginnenverkleidungsteils langsamer sinkt. Hierdurch wird eine ungewollte Änderung der Eigenschaften der ersten Schicht vermieden. Auch ist es möglich, die Menge des verwendeten Zusatzes zu verringern, da es nicht mehr in dem Maße notwendig ist den Zusatz zunächst im Überschuss zuzufügen, um auch nach Alterung des Fahrzeuginnenverkleidungsteils eine hinreichende Konzentration des Zusatzes in der ersten Schicht sicherzustellen.
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Alternativ zu einer gleichmäßigen Verteilung können die Nanopartikel vorzugsweise auch vermehrt nahe der Grenze zwischen der ersten und zweiten Schicht angeordnet sein. Es können also bevorzugt mindestens 50% der Nanopartikel innerhalb der 30% bzw. vorzugsweise innerhalb der 20% der Dicke der jeweiligen Schicht angeordnet sein, die der jeweils anderen Schicht vorzugsweise am nächsten sind. Durch eine derartige grenznahe Anordnung der Nanopartikel wird hauptsächlich das Eindringen des Zusatzes in die zweite Schicht verhindert. Eine derartige ungleichmäßige Verteilung ist vor allem dann zu bevorzugen, wenn die durch das Eindringen des Zusatzes in die zweite Schicht entstehenden negativen Auswirkungen auf die Eigenschaften der zweiten Schicht gegenüber den Konsequenzen aus dem Fehlen des Zusatzes in der ersten Schicht deutlich überwiegen.
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Als Nanopartikel können beispielsweise Partikel aus einem Tonmaterial, das dann auch als „Nanoclay“ bezeichnet wird, bestehen. Ein derartiges Tonmaterial ist beispielsweise unter dem Namen „Cloisite“ bei der Firma „Rockwood Additives“ erhältlich. Ebenso können die Nanopartikel aus CaCO3 oder SiO2 bestehen.
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Besonders bevorzugt sind die Nanopartikel aus einem Material ausgebildet, das eine chemische Bindung mit dem Zusatz ermöglicht. Hierdurch wird die Migrationsrate nicht nur durch die Verlängerung des Migrationsweges verringert sondern auch durch ein Anlagern des Zusatzes an den Nanopartikeln.
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Die erste Schicht kann bevorzugt als eine Dekorschicht ausgebildet sein. Als Dekorschicht kann bevorzugt eine Formhaut verwendet werden, die beispielsweise aus PVC ausgebildet sein kann.
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Als zusätzlichen Stoff kann die erste Schicht beispielsweise Weichmacher enthalten. Die zweite Schicht kann beispielsweise PU (Polyurethan) umfassen oder überwiegend aus PU ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist die zweite Schicht als eine geschäumte Schicht ausgebildet.
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Insbesondere bei der Kombination einer Formhaut aus PVC und einer Schaumschicht aus PU hat sich das Verwenden von Nanopartikeln als besonders vorteilhaft erwiesen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann die erste Schicht als geschäumte Schicht ausgebildet sein. Die geschäumte Schicht weist vorzugsweise eine Dichte von weniger als 1g/cm3 auf.
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Unabhängig davon, ob die erste Schicht als geschäumte Schicht oder als kompakte, unaufgeschäumte Schicht ausgebildet ist, liegt ein Härtegrad der ersten Schicht vorzugsweise zwischen 50 und 95 Shore A und besonders vorzugsweise zwischen 60 und 90 Shore A. Eine Zugfestigkeit der ersten Schicht ist vorzugsweise größer als 5 MPa und besonders vorzugsweise größer als 8 MPa. Insbesondere kann die Zugfestigkeit zwischen 9 und 13 MPa betragen. Eine Reißdehnung beträgt vorzugsweise 250%.
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Durch die Nanopartikel werden die mechanischen Eigenschaften der die Nanopartikel aufweisenden Schicht vorzugsweise verbessert. Besonders bevorzugt können durch die Nanopartikel eine Zugfestigkeit und/oder eine Reißdehnung erhöht sein, d.h., die Zugfestigkeit und/oder Reißdehnung der die Nanopartikel aufweisenden Schicht können vorzugsweise höher sein als die einer vergleichbaren Schicht, die keine Nanopartikel aufweist, jedoch ansonsten identisch ausgebildet und hergestellt ist wie die die Nanopartikel aufweisende Schicht.
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Zusätzlich zu einem Fahrzeuginnenverkleidungsteil betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Fahrzeuginnenverkleidungsteils. Gemäß dem Verfahren wird zunächst ein Kunststoffgranulat erzeugt, das die Nanopartikel enthält. Die Nanopartikel sind hierbei in dem Granulat eingeschlossen. Mit dem Begriff „Granulat“ sollen keine Aussagen über die Korngröße getroffen werden. Vielmehr soll auch ein Kunststoffmaterial unter den Betriff „Kunststoffgranulat“ fallen, das üblicherweise als Kunststoffpulver bezeichnet werden würde. Nach dem Erzeugen des Kunststoffgranulats wird dieses geschmolzen um die erste Schicht zu bilden. Das Schmelzen kann vorzugsweise durch Rotationssintern erfolgen. Auf diese erste Schicht wird die zweite Schicht aufgebracht.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird bei der Herstellung des Kunststoffgranulates ein Heißmischprozess durchgeführt, in dem zumindest ein Kunststoffmaterial, der Zusatz und die Nanopartikel miteinander vermischt werden. Durch das Zufügen der Nanopartikel direkt im Heißmischprozess wird verhindert, dass ein zusätzlicher Schmelzschritt notwendig ist, der die Eigenschaften des Kunststoffes negativ beeinflussen würde.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens liegt die mittlere Korngröße des Kunststoffgranulats zwischen 30 und 500 µm. Besonders bevorzugt liegt die mittlere Korngröße zwischen 50 und 300 µm, zwischen 100 und 200 µm oder zwischen 130 und 170 µm. Besonders bevorzugt kann vor dem Heißmischprozess das reine Kunststoffmaterial (beispielsweise reines PVC) bereits die vorangehend genannte Korngröße aufweisen. Die Kunststoffpartikel weisen vorzugsweise in jeder Richtung eine Abmessung von über 1 µm auf.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 einen Ausschnitt einer vorteilhaften Ausführungsform eines Fahrzeuginnenverkleidungsteils und
- 2 eine schematische Darstellung von mehreren Teilen einer Vorrichtung für die Herstellung des Fahrzeuginnenverkleidungsteils aus 1.
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In 1 ist ein Querschnitt durch ein Fahrzeuginnenverkleidungsteil 1 dargestellt. Das Verkleidungsteils 1 weist eine Dekorschicht 2, eine Zwischenschicht 3 und einen Träger 4 auf. Die Dekorschicht 2 ist als Formhaut aus einem PVChaltigen Material ausgebildet. Das PVC-haltige Material enthält neben PVC noch eine Reihe von Zusatzstoffen. Der am meisten vorkommende Zusatzstoff, d.h. der Zusatzstoff mit dem höchsten Massenanteil an der Dekorschicht, ist hierbei ein Weichmacher. Der Weichmacher ist insbesondere für die haptischen Eigenschaften des Fahrzeuginnenverkleidungsteils wesentlich. Entweicht der Weichmacher aus der Schicht 2, steigt ein Härtegrad des Materials der Schicht 2, und zugleich wird die Dekorschicht 2 spröde. Hierdurch können sich Risse in der Dekorschicht 2 bilden, was zu einem minderwertigen Erscheinungsbild führt. Außerdem kann der Anstieg des Härtegrades insbesondere bei stark gekrümmten Bereichen der Dekorschicht dazu führen, dass das Verletzungsrisiko im Falle eines Unfalls steigt, da bei einem höheren Härtegrad der Oberfläche des Fahrzeuginnenverkleidungsteils ein Aufprall von Körperteilen einer Person auf dem Fahrzeuginnenverkleidungsteil leichter zu Verletzungen führen kann.
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Die Zwischenschicht 3 besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Polyurethanschaum. Der Polyurethanschaum ist für das Erzielen einer schubweichen Haptik des Fahrzeuginnenverkleidungsteils (hierbei kann es sich beispielsweise um eine Instrumententafel handeln) wichtig. Damit der Polyurethanschaum seine diesbezügliche Funktion erfüllen kann muss die Rückstellkraft, mit der er einem Eindrücken entgegenwirkt, über die Lebensdauer möglichst konstant sein. Ein Eindringen von Weichmachern aus der Dekorschicht 2 in die Zwischenschicht 3 kann zu einem Kollabieren des Schaums führen, so dass der Schaum deutlich weicher wird. Um ein Entweichen der Weichmacher aus der Schicht 2 einerseits und ein Eindringen der Weichmacher in die Zwischenschicht 3 andererseits möglichst effizient zu verhindern sind in der Dekorschicht 2 Nanopartikel 5 angeordnet, durch die eine Migrationsrate der Weichmacher reduziert wird. Als Nanopartikel kann beispielsweise ein Ton verwendet werden, dessen Partikel in zumindest einer Richtung eine Abmessung im Bereich von weniger als 100 nm aufweist.
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Auch wenn in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Dekorschicht als kompakte, nicht aufgeschäumte Dekorschicht 2 ausgebildet ist, kann in anderen Ausführungsbeispielen eine aufgeschäumte Nanopartikeln 5 aufweisende Dekorschicht 2 verwendet werden. Erst durch die Nanopartikel 5 ist es möglich, eine geschäumte Schicht als Dekorschicht 2 zu verwenden und gleichzeitig die üblichen Anforderungen hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften der Dekorschicht 2 für Fahrzeuginnenverkleidungsteile zu erfüllen. Die Nanopartikel 5 führen einerseits zu einer Erhöhung der mechanischen Stabilität der Dekorschicht 2 und verhindern andererseits, dass sich die mechanische Stabilität aufgrund von austretenden Weichmachern im Laufe der Lebensdauer des Fahrzeuginnenverkleidungsteils 1 verringert. Erst durch diese Verbesserungen der mechanischen Eigenschaften wird es möglich, eine geschäumte Dekorschicht mit einer Dichte von weniger als 1 g/cm3 zu verwenden.
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In 2 sind die verschiedenen Stationen eines Verfahrens zur Herstellung des Fahrzeuginnenverkleidungsteils 1 dargestellt. Oben links in der 2 ist eine Vorrichtung 6 zum Heißmischen abgebildet. Die Vorrichtung 6 weist ein durch einen Motor 7 angetriebenes Rührwerk 8 auf, das zum Vermischen eines reinen PVC-Granulats 9 mit einem Weichmacher 10, UV-Stabilisatoren 11 und Pigmenten 12 sowie den Nanopartikeln 5 und gegebenenfalls weiteren Zusatzstoffen dient. Das reine PVC-Granulat 9 weist eine Korngröße von etwa 150 µm auf. Außerdem weist die Vorrichtung 8 nicht dargestellte Mittel zum Beheizen der Vorrichtung auf. Die oben genannten Stoffe werden in der Vorrichtung 6 vermengt und anschließend in eine Kaltmischvorrichtung 13 überführt.
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Das aus dem Heißmischprozess stammende granulatförmige Gemisch (dieses weist ebenfalls eine Korngröße von etwa 150 µm auf) wird im nachfolgenden Kaltmischvorgang abgekühlt und zusätzlich mit Trocknungsmitteln versetzt. Um eine einheitliche Korngröße sicherzustellen, wird das abgekühlte granulatförmige Gemisch durch ein Sieb 14 gegeben und anschließend als fertiges Kunststoffgranulat 15 verpackt. In diesem Zustand kann es beispielsweise von einem Hersteller des Kunststoffgranulates 15 an einen Hersteller von Fahrzeuginnenverkleidungsteilen versendet werden. Anschließend wird das Kunststoffgranulat 15 in einen Pulverkasten 16 eingefüllt, der anschließend auf eine vorgeheizte Gießform 17 aufgesetzt und zusammen mit dieser um eine Achse 18 gedreht wird. Hierbei wird die als Formhaut ausgebildete Dekorschicht 2 gebildet, die anschließend zusammen mit dem Träger 4 in einen Schäumhohlraum eingebracht und hinterschäumt wird. Hierbei wird das in 1 dargestellte Fahrzeuginnenverkleidungsteil gebildet.
