DE102013222403A1

DE102013222403A1 - Innenverkleidungsbauteil mit Rezyklatanteil

Info

Publication number: DE102013222403A1
Application number: DE201310222403
Authority: DE
Inventors: Thomas Sebastian Hönig; Katharina Kiel; Katja Pinkepank
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2013-11-05
Filing date: 2013-11-05
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2033-11-06
Also published as: DE102013222403B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein naturfaserverstärktes Innenverkleidungsbauteil insbesondere für Kraftfahrzeuge, das aus einem Verbundwerkstoff hergestellt wird. Der Verbundwerkstoff enthält Naturfasern und Kunststofffasern sowie Anteile eines Rezyklats. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung ebendieses Innenverkleidungsbauteils.

Description

Die Erfindung betrifft ein naturfaserverstärktes Innenverkleidungsbauteil aus einem Verbundwerkstoff, wobei der Verbundwerkstoff Naturfasern und Kunststofffasern beinhaltet und der Verbundwerkstoff Anteile eines Rezyklats aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Innenverkleidungsbauteils.
Aus der DE 41 05 285 A1 ist ein Verfahren zum Aufbereiten und Wiederverwerten von nicht sortenreinen Rohstoffen beschrieben, um aus Gebrauchteilen neue Plan- und Formpressteile herzustellen. Dafür werden die Gebrauchtteile zerkleinert und anschließend in mehrere Zwischenspeicher überführt. Aus diesem Zwischenspeicher werden die Gebrauchtteile einer Mischeinrichtung zugeführt und anschließend bis über den Schmelzpunkt des enthaltenen Thermoplasts erhitzt, um anschließend in einer Presse zu Plan- oder Formteilen verarbeitet zu werden, die vollständig aus wiederverwerteten Materialien bestehen.
Die Wiederverwertung von Gebrauchteilen wird besonders in der Automobilindustrie zunehmend relevant. Bei der Wiederverwertung von Altbauteilen kommt es allerdings oftmals zu Qualitätseinbußen. Bei wiederverwerteten Kunststoffbauteilen verkürzen sich durch das Umwälzen des Materials die Polymerketten, der Vermischungs- und Verschmutzungsgrad nimmt zu und die Faserlängen werden zunehmend kürzer. Relevant ist allerdings nicht nur die Verwertung von Altbauteilen aus Kraftfahrzeugen, sondern auch die Recyclingmöglichkeit von Produktionsabfällen. Aufgrund von maschinellen Gegebenheiten fallen Verschnitte von bis zu 25 Gew.-% an. Aktuell werden die Verschnitte thermisch verwertet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Stanzabfälle in den Herstellungsprozess wiedereinzubringen, ohne dass sich dadurch die Bauteileigenschaften verschlechtern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines naturfaserverstärkten Innenverkleidungsbauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Zunächst wird ein Vorlagenvlies hergestellt, indem Naturfasern und Kunststofffasern zu einem losen Faserverbund durchmischt werden. Anschließend wird ein Rezyklat in das Vorlagenvlies eingebracht. Dieses Vorlagenvlies wird erneut durchmischt und zu einem Wirrvlies abgelegt. In einem weiteren Schritt erfolgt die Vernadelung des Wirrvlieses zu einem Halbzeug. Dieses Halbzeug wird anschließend zugeschnitten. In einem weiteren Schritt wird das Halbzeug in einer Heißpresse zu einem Verbundwerkstoff vorverpresst, indem das Halbzeug auf eine Temperatur erhitzt wird, die oberhalb der Schmelztemperatur der Kunststofffasern liegt. Anschließend wird die Heißpresse geöffnet und der Verbundwerkstoff in ein formgebendes Werkzeug überführt. In diesem wird der Verbundwerkstoff kalt verformt. Abschließend wird das Innenverkleidungsbauteil aus dem verformten Verbundwerkstoff ausgestanzt.
Durch dieses Verfahren werden Stanzabfälle in sinnvoller Art und Weise in naturfaserverstärkte Innenverkleidungsbauteile integriert. Als Rezyklat bezeichnet man dabei Material, welches nach der Erstverwendung werkstoffliche Wiederverwendung bzw. -verwertung findet. Das Einbringen des Rezyklats erfolgt bereits bei der Herstellung des Vorlagenvlieses. Das eingebrachte Rezyklat wird zusammen mit dem Vorlagenvlies durchmischt und zu einem Wirrvlies abgelegt. Durch die Durchmischung wird sichergestellt, dass das Rezyklat gleichmäßig im Wirrvlies verteilt ist. Während des Heißverpressens des Halbzeuges schmelzen die Kunststofffasern im Halbzeug auf. Da auch im Rezyklat Kunststofffasern enthalten sein können, schmelzen auch diese Fasern auf, sodass das Rezyklat vollständig im Halbzeug integriert wird. Das Innenverkleidungsbauteil kann durch dieses Verfahren mit einem Rezyklatanteil versehen werden, ohne dass sich dadurch die Eigenschaften des Bauteils verschlechtern. Die aufschmelzenden Kunststofffasern verbinden sich mit dem Rezyklat und sorgen nach ihrer Verfestigung für eine sichere Verbindung des Rezyklatanteils mit den restlichen Werkstoffen des Innenverkleidungsbauteils.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht das Rezyklat aus den Stanzabfällen des Innenverkleidungsbauteils. Das eingebrachte Rezyklat und das Innenverkleidungsbauteil bestehen somit aus den gleichen Materialien, sie sind also sortenrein. Durch die Verwendung eines sortenreinen Rezyklats wird sichergestellt, dass das Rezyklat besonders gut aufschmilzt und sich fest mit den Natur- und Kunststofffasern des Halbzeuges verbindet. Die Bauteileigenschaften eines Innenverkleidungsbauteils mit Rezyklatanteil verschlechtern sich durch die sortenreine Verwendung nicht. Weiterhin wird durch eine sortenreine Verwendung der Stanzabfälle der Vermischungs- und Verschmutzungsgrad des Innenverkleidungsbauteils niedrig gehalten. Die Kunststofffasern des Rezyklats schmelzen zusammen mit den Kunststofffasern im Halbzeug auf, und verbinden sich mit diesem. Weiterhin werden die anfallenden Stanzabfälle bei der Herstellung des Innenverkleidungsbauteils auf sinnvolle Art und Weise in den Produktionsprozess zurückgeführt.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besteht das Rezyklat aus Abfällen, die sich während der Fertigung duromerer Kunststoffbauteile im Werkstoffverbund, also Faser und duromerer Matrix ergeben. Dabei ist zwischen zwei Abfallarten zu unterscheiden. Zum einen ergeben sich die Abfälle aus dem Werkstoffverbund (Duromer und Faser) am fertigen Bauteil nach Beschnitt, zum anderen aus den Stanzabfällen bzw. Produktionsresten des Fasergewebes/-geleges (Glasfaser, Kohlenstofffaser und/ oder Naturfaser. Duromere Stanzabfälle im Werkstoffverbund, z.B. glas-, kohlenstoff- oder naturfaserverstärkter Kunststoffbauteile, lassen sich schlecht recyceln. Duromere lassen sich nicht wieder aufschmelzen und von den Verstärkungsfasern trennen, um einer weiteren Verwendung zugeführt zu werden. Auch das Rezyklat aus dem duromeren Werkstoffverbund sowie dem Gewebe/Gelegeverschnitt der Stanzabfällen wird in das Vorlagenvlies eingebracht und im weiteren Verfahren mit diesem vernadelt. In der Heißpresse schmelzen die Kunststofffasern des naturfaserverstärkten Kunststoffes auf und legen sich um die duromeren Stanzabfälle. So wird sichergestellt, dass die duromeren Stanzabfälle vollständig im Verbundwerkstoff integriert werden. Durch diese Anwendung wird eine einfache Möglichkeit geschaffen, duromere Stanzabfälle in ein neues Bauteil zu integrieren.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein Synthesevlies auf Unter- und Oberseite des Wirrvlieses aufgelegt. Durch die Verwendung eines Synthesevlieses wird vermieden, dass Rezyklat während der Weiterverarbeitung verloren geht. Ohne die Verwendung eines Synthesevlieses könnte insbesondere während der Vernadelung Rezyklat entweichen.
Weiterhin kann das Wirrvlies beidseitig, d.h. von der Ober- und Unterseite des Vorlagenvlieses aus vernadelt werden. Dies ist besonders vorteilhaft, da durch eine beidseitige Vernadelung das Vorlagenvlies stärker verdichtet wird als bei einer einseitigen Vernadelung. Durch eine zweiseitige Vernadelung entstehen Faserpfropfen, die zu einer Verdichtung, einer Dickenminderung und einer weiteren Vermischung des Nadelvliesstoffes führen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Synthesevlies auf Unter- und Oberseite des Vorlagenvlieses aufgelegt und mitvernadelt wird. So wird sichergestellt, dass möglichst wenig Rezyklat während der Weiterverarbeitung aus dem Vorlagenvlies entweicht.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Rezyklat aus Stanzabfällen eines Innenverkleidungsbauteils hergestellt, in das bereits in einem vorhergegangenen Herstellungsprozess Rezyklat eingebracht wurde. Es ist demnach möglich, die Stanzabfälle eines Innenverkleidungsbauteils mit Rezyklatanteil erneut zu einem Rezyklat zu verarbeiten. Dieses Rezyklat kann anschließend erneut in ein Innenverkleidungsbauteil eingebracht werden. Das Anfallen von Stanzabfällen wird dadurch weiter verringert.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein naturfaserverstärktes Innenverkleidungsbauteil für Kraftfahrzeuge aus einem Verbundwerkstoff, wobei der Verbundwerkstoff Naturfasern und Kunststofffasern beinhaltet und Anteile eines Rezyklats aufweist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Rezyklat aus Stanzabfällen gewonnen. Stanzabfälle werden aktuell bevorzugt einer thermischen Verwertung zugeführt. Allerdings ist es erstrebenswert, eine Rückführung der Stanzabfälle in den Produktionsprozess zu erreichen.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung bestehen die Stanzabfälle aus Naturfasern und aufgeschmolzen Kunststofffasern. Da auch das Innenverkleidungsbauteil aus einem Verbundwerkstoff besteht, der Naturfasern und Kunststofffasern enthält, können die Stanzabfälle sortenrein wiederverwendet werden. Das sortenreine Rezyklat verbindet sich besonders gut mit den Bestandteilen des Verbundwerkstoffes und verschlechtert die Bauteileigenschaften des Innenverkleidungsbauteils nicht. Während der Herstellung des Innenverkleidungsbauteils schmelzen die im Rezyklat vorhandenen Kunststofffasern auf und integrieren sich in den Schmelzverbund des Verbundwerkstoffes.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bestehen die Stanzabfälle aus duromeren faserverstärkten Kunststoffbauteilen. Duromere faserverstärkte Kunststoffe mit beispielsweise Natur-, Glas- oder Kohlenstofffasern, lassen sich nur schlecht recyceln, da sie nicht erneut aufgeschmolzen werden können. Durch die Einbringung von duromeren Stanzabfällen in das erfindungsgemäße Innenverkleidungsbauteil wird es ermöglicht, auch duromere Stanzabfälle in ein Innenverkleidungsbauteil einzubringen und dadurch wiederzuverwerten. Die im Verbundwerkstoff enthaltenen Kunststofffasern schmelzen während der Herstellung auf und legen sich dabei um die duromeren Stanzabfälle. So wird sichergestellt, dass die Duromere vollständig im Innenverkleidungsbauteil integriert werden.
Weiterhin wird das Rezyklat mittels einer Schneidmühle auf eine Korngröße zwischen 1 mm und 5 mm, insbesondere aber 3 mm zerkleinert. Eine Korngröße von 3 mm eignet sich besonders gut, da bei dieser Korngröße eine unproblematische Weiterverarbeitung des Materials, insbesondere während der Vernadelung möglich ist. Die Partikel sind weniger hart und verursachen weniger Schäden an den Nadeln und den Maschinen. Zudem wird bei dieser Korngröße sichergestellt, dass die im Rezyklat enthaltenen Polymer- und Faserlängen nicht zu kurz für eine sinnvolle Weiterverarbeitung werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Anteil des Rezyklats im Innenverkleidungsbauteil maximal 30% und insbesondere 20%. Beträgt der Rezyklatanteil mehr als 30% kann es zu Problemen während der Vernadelung des Wirrvlieses mit eingebrachtem Rezyklat kommen. Ist der Rezyklatanteil zu hoch, kann daraus eine Verstopfung des Werkzeuges während der Vernadelung resultieren, da das Rezyklat an den Nadeln hängen bleibt.
Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt:
1 ein Verfahren zur Herstellung eines naturfaserverstärkten Innenverkleidungsbauteils.
In der 1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines naturfaserverstärkten Innenverkleidungsbauteils dargestellt.

a) Zunächst wird ein Vorlagenvlies 1 hergestellt, indem Naturfasern und Kunststofffasern zu einem losen Faserverbund durchmischt werden. Das Vorlagenvlies 1 hat die Aufgabe, über die Arbeitsbreite und die Verarbeitungszeit gesehen, die Massenverteilung der Fasern im Vlies zu garantieren.
b) In einem zweiten Schritt wird ein Rezyklat 2 in das Vorlagenvlies eingebracht. Das Rezyklat 2 kann durch eine Streuvorrichtung 3 oder auch händisch auf das Vorlagenvlies 1 aufgebracht werden. In bevorzugter Ausgestaltung besteht das Rezyklat 2 aus den Stanzabfällen eines Innenverkleidungsbauteils 13.
c) In diesem Schritt der Figur erfolgt eine erneute Durchmischung des Vorlagenvlieses 1 mit eingebrachtem Rezyklat 2. Durch die erneute Durchmischung wird sichergestellt, dass das Rezyklat 2 gleichmäßig im Vorlagenvlies 1 verteilt wird. Anschließend wird das Vorlagenvlies 1 mit eingebrachtem Rezyklat 2 zu einem Wirrvlies 4 abgelegt. Die Ablage zu einem Wirrvlieses 4 erfolgt zumeist über ein sogenanntes Airlay-Krempel Verfahren (hier nicht dargestellt). Das Vorlagenvlies 1 wird dem Airlay-Krempel durch ein Transportband zugeführt. Die Airlay-Krempel bringt das Vorlagenvlies 1 über verschiedene Walzenpaare zur erneuten Faservereinzelung. Nach einer letzten Öffnungswalze werden die vereinzelten Fasern einem Luftstrom übergeben und mit Hilfe von Siebtrommel und -band zu einem Wirrvlies 4 abgelegt.
d) Hier erfolgt die Vernadelung des Wirrvlieses 4 zu einem Halbzeug. Bei der Vernadelungstechnik wird der lose Faserverbund des Wirrvlieses 4 mittels einer Vielzahl von sich hin- und herbewegenden Nadeln 7 durchstochen, wobei die Fasern miteinander verflochten oder verknotet werden. Die Fasern des Halbzeugs 9 werden durch Nadeln 7 spezieller Geometrie verschlungen. Dabei durchstechen die mit Widerhaken 8 ausgeführten Nadeln 7 das Halbzeug 9 und verdichten es. Jede Nadel 7 ist zentrisch zu ihren Bohrungen in Niederhalter 6 und Stichplatte 5 positioniert. Die Stichplatte 5 stützt das Halbzeug 9 gegen Einstichkräfte von oben. Der parallel darüber angeordnete Niederhalter 6 streift es gegen die Rückzugskräfte der Nadeln 7 ab. Die Nadeln 7 treffen auf die Vliesoberfläche, verdrängen die Fasern und bilden so einen Einstichkanal. Mit dem Zug der Fasern nach unten werden alle Faserschichten des Vlieses 4 verdichtet. Durch diese Vorgehensweise wird das Rezyklat 2 fest in das Halbzeug eingebettet. In der Figur ist eine einseitige Vernadelung dargestellt. Vorteilhafter Weise wird das Wirrvlies 4 jedoch beidseitig vernadelt, um eine höhere Festigkeit des späteren Halbzeuges 9 zu erreichen. Weiterhin ist es vorteilhaft, auf die Ober- und Unterseite des Wirrvlieses 4 ein hier nicht dargestelltes Synthesevlies aufzubringen und dieses mit zu vernadeln. Durch das Aufbringen eines Synthesevlieses wird vermieden, dass Rezyklat 2 während der Weiterverarbeitung aus dem Wirrvlies entweicht. Nach der Vernadelung hat das Halbzeug 9 eine Plattenform und kann grob auf Bauteilgröße zugeschnitten werden.
e) Das fertig vernadelte Halbzeug 9 wird in einem weiteren Schritt an eine Heißpresse 10 übergeben. In der Heißpresse 10 wird das Halbzeug 9 vorverpresst. Dazu wird das Halbzeug 9 auf eine Temperatur erhitzt, die oberhalb der Schmelztemperatur der Kunststofffasern liegt. In der Heißpresse 10 wird das Halbzeug 9 bei 190°C bis 220°C etwa 30–60 Sekunden durchgeheizt. Die Kunststofffasern verflüssigen sich während dieses Vorganges und legen sich um die Naturfasern und das Rezyklat 2. Auch die Kunststoffanteile im Rezyklat 2 verflüssigen sich, und werden in die weiteren Bestandteile des Halbzeuges 9 eingebettet. Wird ein Duromer als Rezyklat 2 verwendet, reichen die verflüssigten Kunststofffasern aus, um die duromeren Bestandteile nach der Verfestigung fest im Innenverkleidungsbauteil 13 zu fixieren. Das Halbzeug 9 wird in der Heißpresse 10 zudem vorverdichtet. Weiterhin entweicht während dieses Bearbeitungsschrittes Wasserdampf aus den Naturfasern. Ist ein Synthesevlies aufgebracht worden, schmilzt auch dieses auf und verbindet sich vollständig mit dem Halbzeug 9.
f) In einem nächsten Schritt wird das vorverpresste und noch warme Halbzeug 9 in eine Formpresse 11 überführt. Dort erfolgt die Formgebung des Innenverkleidungsbauteils 13. Der erstarrende Kunststoff fixiert und stützt die Fasern und schützt vor Umgebungseinflüssen.
g) Nach der Formgebung wird das Innenverkleidungsbauteil 13 ausgestanzt. Die dadurch entstehen Stanzabfälle 12 können in einer Schneidmühle erneut zu einem Rezyklat 2 aufgebrochen werden, um wieder in Schritt b) der Figurendarstellung in ein Vorlagenvlies 1 eingebracht zu werden.

Bezugszeichenliste

1: Vorlagenvlies
2: Rezyklat
3: Streuvorrichtung
4: Wirrvlies
5: Stichplatte
6: Niederhalter
7: Nadeln
8: Widerhaken
9: Halbzeug
10: Heißpresse
11: Formpresse
12: Stanzabfall
13: Innenverkleidungsbauteil

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

DE 4105285 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines naturfaserverstärkten Innenverkleidungsbauteils, insbesondere für Kraftfahrzeuge, umfassend folgende Schritte: a) Herstellen eines Vorlagenvlieses, indem Naturfasern und Kunststofffasern zu einem losen Faserverbund durchmischt werden; b) Einbringen eines Rezyklats in das Vorlagenvlies; c) Erneute Durchmischung des Vorlagenvlieses und Ablage zu einem Wirrvlies d) Vernadelung des Wirrvlieses mit eingebrachtem Rezyklat zu einem Halbzeug; e) Zuschnitt des Halbzeuges; f) Vorverpressen des Halbzeuges in einer Heißpresse zu einem Verbundwerkstoff, indem das Halbzeug auf eine Temperatur erhitzt wird, die oberhalb der Schmelztemperatur der Kunststofffasern liegt; g) Öffnen der Heißpresse und Überführung des Verbundwerkstoffes in ein formgebendes Werkzeug, in dem der Verbundwerkstoff kalt verformt wird; h) Ausstanzen des Innenverkleidungsbauteils aus dem verformten Verbundwerkstoff.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rezyklat aus den Stanzabfällen des Innenverkleidungsbauteils besteht.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rezyklat aus duromeren Stanzabfällen besteht.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Synthesevlies auf Unter- und Oberseite des Wirrvlieses aufgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wirrvlies mit eingebrachtem Rezyklat beidseitig, d.h. von Ober- und Unterseite des Wirrvlieses, vernadelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rezyklat aus Stanzabfällen eines Innenverkleidungsbauteils hergestellt wird, in das bereits in einem vorhergegangen Herstellungsprozess Rezyklat eingebracht wurde.
Naturfaserverstärktes Innenverkleidungsbauteil für Kraftfahrzeuge aus einem Verbundwerkstoff, wobei der Verbundwerkstoff Naturfasern und Kunststofffasern beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff Anteile eines Rezyklats aufweist.
Innenverkleidungsbauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rezyklat aus Stanzabfällen gewonnen wird.
Innenverkleidungsbauteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stanzabfälle aus Naturfasern und aufgeschmolzenen Kunststofffasern bestehen.
Innenverkleidungsbauteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stanzabfälle aus duromeren faserverstärkten Kunststoffen bestehen.
Innenverkleidungsbauteil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Rezyklat mittels einer Schneidmühle auf eine Korngröße zwischen 1 mm und 5 mm, insbesondere 3 mm zerkleinert wird.
Innenverkleidungsbauteil nach einem des vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Rezyklats im Innenverkleidungsbauteil bei maximal 30%, insbesondere 20% liegt.