DE102013224971A1 - Process for producing a TPE molded skin and TPE molded skin - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer TPE-Formhaut (5), wobei eine Gießform (1) geheizt wird und ein TPE-Material (4) in die Gießform (1) eingebracht wird, wobei das TPE-Material (4) an der Gießform (1) anhaftet und eine Formhaut (5) ausbildet. Erfindungsgemäß weist das TPE-Material (4) mindestens einen Inhaltsstoff auf, der nach dem Einbringen des TPE-Materials (4) in die Gießform (1) exotherm reagiert.The invention relates to a method for producing a molded TPE skin (5), wherein a mold (1) is heated and a TPE material (4) is introduced into the mold (1), wherein the TPE material (4) on the Mold (1) adheres and forms a molded skin (5). According to the invention, the TPE material (4) has at least one ingredient which reacts exothermically after introduction of the TPE material (4) into the casting mold (1).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Formhaut aus TPE, d. h. einem thermoplastischen Elastomer. Außerdem betrifft die Erfindung eine aus einem thermoplastischen Elastomer ausgebildete Formhaut.The invention relates to a method for producing a molded skin of TPE, d. H. a thermoplastic elastomer. In addition, the invention relates to a formed of a thermoplastic elastomer molded skin.
Im Stand der Technik werden Formhäute für eine Vielzahl von Anwendungen benötigt. Insbesondere werden Formhäute als Dekoroberflächen für Fahrzeuginnenverkleidungsteile verwendet. Thermoplastische Elastomere sind zur Herstellung von Formhäuten besonders geeignet, da sich aus ihnen ansprechend aussehende Oberflächen erzeugen lassen und da thermoplastische Elastomere flexibel sind, so dass die daraus ausgebildeten Formhäute elastische Eigenschaften aufweisen.Form skins are needed in a variety of applications in the art. In particular, molded skins are used as decorative surfaces for vehicle interior trim parts. Thermoplastic elastomers are particularly suitable for the production of molded skins, since they can be made of attractive-looking surfaces and because thermoplastic elastomers are flexible, so that the formed skins formed therefrom have elastic properties.
Zum Ausbilden von TPE-Formhäuten wird üblicherweise ein Pulver eines thermoplastischen Elastomers in eine vorgeheizte Gießform gegeben, wobei diese anschließend rotiert wird, so dass sich das Pulver gleichmäßig auf der Gießformoberfläche verteilt. Hierbei haftet das Pulver an der heißen Gießformoberfläche an.To form TPE molded skins, a powder of a thermoplastic elastomer is usually placed in a preheated mold, which is then rotated so that the powder spreads evenly on the mold surface. In this case, the powder adheres to the hot mold surface.
Um eine gleichmäßige und durchgehende Schicht des thermoplastischen Elastomers zu erzeugen, ist es üblicherweise notwendig, die Form längere Zeit weiter zu beheizen, bis die auszubildende Formhaut vollständig durcherhitzt ist. Da dies einige Zeit dauert, ist die insgesamt zur Herstellung einer Formhaut notwendige Zeit relativ hoch. Alternativ zu einem Beheizen der Form nach dem Einbringen des thermoplastischen Elastomers kann auch eine Form mit hoher Wärmekapazität verwendet werden. Auch bei dieser Variante muss die Formhaut lange in der Form verbleiben um vollständig erhitzt zu werden, Um die Kosten für die Herstellung von Formhäuten zu reduzieren, wäre es wünschenswert, eine schnellere Herstellung der Formhäute zu ermöglichen, da dann mit derselben Anzahl an Gießformen eine höhere Anzahl an Formhäuten produziert werden könnte als bisher.In order to produce a uniform and continuous layer of the thermoplastic elastomer, it is usually necessary to continue to heat the mold for a long time until the molded skin to be formed is completely thoroughly heated. Since this takes some time, the total time required to make a molded skin is relatively high. As an alternative to heating the mold after incorporation of the thermoplastic elastomer, a high heat capacity mold may also be used. In this variant too, the molded skin must remain in the mold for a long time in order to be completely heated. In order to reduce the costs for the production of molded skins, it would be desirable to allow a faster production of the skins, since then with the same number of casting molds Number of molded skins could be produced as before.
Aus dem Stand der Technik bekannt ist es, die Formhäute statt aus TPE aus PVC auszubilden. Dies ist jedoch nicht wünschenswert, da bei PVC die erforderlichen elastischen Eigenschaften erst durch Zugabe von Weichmachern erlangt werden, wobei diese Weichmacher aus der Formhaut heraus migrieren können. Hierdurch werden PVC-Formhäute nach langjährigem Einsatz spröde. Außerdem können die Weichmacher umliegende Fahrzeugbestandteile negativ beeinflussen.From the prior art it is known to form the molded skins instead of TPE made of PVC. However, this is not desirable because in PVC the required elastic properties are only obtained by adding plasticizers, which plasticizers can migrate out of the molded skin. As a result, PVC molded skins become brittle after many years of use. In addition, the plasticizers can adversely affect surrounding vehicle components.
Aufgabe der Erfindung ist es, TPE-Formhäute mit reduziertem Zeitaufwand herzustellen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird, wie bei gattungsgemäßen Verfahren, eine Gießform geheizt und ein TPE-Material in die Gießform eingebracht. Das TPE-Material haftet, wie aus dem Stand der Technik bekannt, an der Gießform und bildet eine Formhaut. Im Unterschied zu bekannten Verfahren wird jedoch ein TPE-Material verwendet, das mindestens einen Inhaltsstoff aufweist, der nach dem Einbringen des TPE-Materials in die Gießform exotherm reagiert.The object of the invention is to produce TPE molded skins with reduced expenditure of time. In the method according to the invention, as in the generic method, a casting mold is heated and a TPE material is introduced into the casting mold. The TPE material, as known from the prior art, adheres to the casting mold and forms a molded skin. However, in contrast to known methods, a TPE material is used which has at least one ingredient which exothermically reacts after introduction of the TPE material into the casting mold.
Durch die exotherme Reaktion wird die Formhaut von innen beheizt. Hierdurch kann die Formhaut schneller vollständig durcherhitzt werden, ohne dass die Oberfläche überhitzt und somit thermisch geschädigt wird. Bei Verfahren nach dem Stand der Technik muss die Formhaut hingegen deutlich langsamer erhitzt werden, da jegliche der Formhaut zugeführte Wärme durch die Oberfläche der Formhaut hindurch geleitet werden muss, sodass an der Oberfläche der Formhaut bei zu schneller Erhitzung eine lokale Überhitzung und somit eine thermische Schädigung droht.Due to the exothermic reaction, the molded skin is heated from the inside. As a result, the molded skin can be heated completely faster without the surface being overheated and thus being thermally damaged. In contrast, in the case of prior art processes, the molded skin must be heated much more slowly, since any heat supplied to the molded skin must be conducted through the surface of the molded skin, so that local overheating and thus thermal damage on the surface of the molded skin in the event of too rapid heating threatening.
In einer Ausführungsform ist der exotherm reagierende Inhaltsstoff ausschließlich an Reaktionen beteiligt, die ausschließlich Reaktionsprodukte erzeugen, die auch bei einer maximal im Herstellungsverfahren auftretenden Temperatur fest oder flüssig sind. Durch die Reaktionen des Inhaltsstoffs werden also keine gasförmigen Reaktionsprodukte erzeugt. Bei dem Inhaltsstoff handelt es sich also nicht um ein Treibmittel. Zusätzlich zu dem Inhaltsstoff kann jedoch auch noch ein Treibmittel enthalten sein, wobei dieses ebenfalls exotherm reagieren kann. Durch die Verwendung eines exotherm reagierenden Inhaltsstoffs, der nicht als Treibmittel ausgebildet ist, kann auch bei nicht geschäumten Formhäuten eine Beheizung der Formhaut von Innen und somit eine Verkürzung der Zykluszeit erzielt werden. Bei geschäumten Formhäuten kann durch die Verwendung eines exotherm reagierenden Inhaltsstoffs, der kein Treibmittel ist, die freizusetzende Gasmenge und die zu erzeugende Wärmemenge unabhängig voneinander gewählt werden.In one embodiment, the exothermic reacting ingredient is solely involved in reactions that produce only reaction products that are solid or liquid even at a maximum temperature encountered in the manufacturing process. Due to the reactions of the ingredient so no gaseous reaction products are generated. The ingredient is therefore not a propellant. However, in addition to the ingredient may also contain a propellant, which may also react exothermically. By using an exothermically reacting ingredient, which is not formed as a blowing agent, heating of the molded skin from the inside and thus a shortening of the cycle time can be achieved even with non-foamed molded skins. In the case of foamed molded skins, the use of an exothermically reacting ingredient, which is not a blowing agent, the amount of gas to be released and the amount of heat to be generated can be chosen independently.
In einer alternativen Ausführungsform wird ein Inhaltsstoff verwendet, der im Laufe des Verfahrens an zumindest einer chemischen Reaktion beteiligt ist, die ein Reaktionsprodukt erzeugt, welches zumindest bei einer maximal im Verfahren auftretenden Temperatur gasförmig ist. Gemäß dieser Variante ist der Inhaltsstoff also ein exothermes Treibmittel. Beispiele für derartige Treibmittel, die in Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden können sind Azodicarbonamid (ADC) und Oxibisbenzenesulfonyhydracid (OBSW).In an alternative embodiment, an ingredient is used which, in the course of the process, participates in at least one chemical reaction which produces a reaction product which is gaseous at least at a maximum temperature encountered in the process. According to this variant, the ingredient is therefore an exothermic propellant. Examples of such blowing agents which can be used in embodiments of the process according to the invention are azodicarbonamide (ADC) and oxibisbenzenesulfonyhydracide (OBSW).
Der Inhaltsstoff kann über 1 Kilojoule pro Kilogramm des TPE-Materials an Wärme freisetzen. Je nach Ausführungsform kann der Inhaltsstoff auch über 3 Kilojoule, über 5 Kilojoule, über 10 Kilojoule, über 20 Kilojoule oder sogar über 30 Kilojoule pro Kilogramm des TPE-Materials an Wärme freisetzen. Hierdurch leistet der Inhaltsstoff einen signifikanten Beitrag zur Aufheizung der Formhaut und kann somit in deutlichem Maße zur Reduzierung der Prozesszeit beitragen. Der Inhaltsstoff kann beispielsweise mehr als 100 Kilojoule pro Kilogramm des Inhaltsstoffs an Reaktionswärme erzeugen. Je nach verwendetem Inhaltsstoff kann die Reaktionswärme sogar mehr als 300 kJ oder sogar mehr als 500 kJ pro Kilogramm des Inhaltsstoffs betragen. Hierdurch wird erreicht, dass nur eine relativ geringe Menge des Inhaltsstoffs notwendig ist, um einen deutlichen Beitrag zur Beheizung der Formhaut zu erreichen. Dies ist von Vorteil, da somit ein Einfluss des Inhaltsstoffs auf die Eigenschaften der fertigen Formhaut relativ gering gehalten werden kann. Der Anteil des Inhaltsstoffs am Kunststoffmaterial kann beispielsweise geringer als 15 Gewichts-%, vorzugsweise geringer als 10 Gewichts-%, besonders vorzugsweise geringer als 5 Gewichts-% sein. Je nach Ausführungsform kann der Anteil sogar kleiner als 3 Gewichts-% oder kleiner als 2 Gewichts-% sein.The ingredient can be over 1 kilojoule per Kg of TPE material to heat. Depending on the embodiment, the ingredient may also release over 3 kilojoules, over 5 kilojoules, over 10 kilojoules, over 20 kilojoules, or even over 30 kilojoules per kilogram of TPE material. As a result, the ingredient makes a significant contribution to the heating of the molded skin and can thus contribute significantly to the reduction of the process time. For example, the ingredient may produce greater than 100 kilojoules per kilogram of ingredient in the heat of reaction. Depending on the ingredient used, the heat of reaction may even be more than 300 kJ or even more than 500 kJ per kilogram of the ingredient. This ensures that only a relatively small amount of the ingredient is necessary to achieve a significant contribution to the heating of the molded skin. This is advantageous, since thus an influence of the ingredient on the properties of the finished molded skin can be kept relatively low. The proportion of the ingredient in the plastic material may be, for example, less than 15% by weight, preferably less than 10% by weight, particularly preferably less than 5% by weight. Depending on the embodiment, the proportion may even be less than 3% by weight or less than 2% by weight.
Eine Wärmekapazität des Kunststoffmaterials bei Raumtemperatur und/oder bei einer Temperatur von 150°C kann beispielsweise zwischen 1 und 20 KJ/kg betragen. Die durch die Reaktion des Inhaltsstoffs freigesetzte Wärme kann beispielsweise derart groß sein, dass das Kunststoffmaterial durch diese um 5 bis 20 K erhitzt wird.A heat capacity of the plastic material at room temperature and / or at a temperature of 150 ° C may for example be between 1 and 20 KJ / kg. The heat released by the reaction of the ingredient may for example be so large that the plastic material is heated by these by 5 to 20 K.
Mittels des Inhaltsstoffs kann erreicht werden, dass eine Temperaturdifferenz zwischen einem heißesten Punkt der Formhaut und einem kältesten Punkt der Formhaut zu jedem Zeitpunkt des Verfahrens kleiner als 30 K, vorzugsweise kleiner als 20 K, besonders vorzugsweise kleiner als 15 K und insbesondere kleiner als 10 K ist.By means of the ingredient it can be achieved that a temperature difference between a hottest point of the skin and a coldest point of the skin at any time of the process is less than 30 K, preferably less than 20 K, particularly preferably less than 15 K and in particular less than 10 K. is.
Als Hauptbestandteile kann das TPE-Material beispielsweise mindestens ein Polyolefin, insbesondere Polypropylen (PP) oder Polyethylene, sowie mindestens ein Elastomer aufweisen. Das TPE-Material kann also als ein Thermoplastisches Elastomer auf Olefinbasis ausgebildet sein, insbesondere als ein TPE-O oder TPE-V. TPE-O und TPE-V kommen bei Formhäuten aus dem Stand der Technik nicht zu Einsatz, wobei ein Hinderungsgrund hierfür die hohe zum vollständigen Ausbilden der Formhaut notwendige thermische Energie ist. Das TPE Material kann beispielsweise zu insgesamt mehr als 80% Gewichtsanteil aus diesen Hauptbestandteilen bestehen.As main constituents, the TPE material may, for example, comprise at least one polyolefin, in particular polypropylene (PP) or polyethylenes, and at least one elastomer. The TPE material may thus be formed as an olefin-based thermoplastic elastomer, in particular as a TPE-O or TPE-V. TPE-O and TPE-V are not used in molded skins of the prior art, a hindrance to this being the high thermal energy necessary for complete formation of the molded skin. For example, the TPE material may consist of more than 80% by weight of these main constituents.
Die exotherme Reaktion des Inhaltsstoffs kann bei einer Aktivierungstemperatur ausgelöst werden, die zwischen 80 und 250°C liegt. Insbesondere kann die Aktivierungstemperatur zwischen 150°C und 220°C betragen.The exothermic reaction of the ingredient can be triggered at an activation temperature that is between 80 and 250 ° C. In particular, the activation temperature may be between 150 ° C and 220 ° C.
Die erzeugte Formhaut kann beispielsweise zwischen 0,5 Millimetern und 3 Millimetern dick sein. Formhäute mit einer in diesem Bereich liegenden Dicke sind besonders gut zur Verwendung als Dekorschicht für Fahrzeuginnenverkleidungsteile geeignet. Die Erfindung bezieht sich – zusätzlich zu dem Verfahren zur Herstellung einer Formhaut und zu der Formhaut – auch auf ein Fahrzeuginnenverkleidungsteil sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Fahrzeuginnverkleidungsteils. Das Fahrzeuginnenverkleidungsteil kann die Formhaut und einen Träger sowie, optional, eine Zwischenschicht aufweisen. Die Formhaut bildet in einen solchen Fahrzeuginnenverkleidungsteil die Sichtseite des Fahrzeuginnenverkleidungsteils. Ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Fahrzeuginnenverkleidungsteils umfasst als ein Schritt die Herstellung einer Formhaut, wie sie vorangehend beschrieben wurde.The produced molded skin can be, for example, between 0.5 millimeters and 3 millimeters thick. Form skins with a thickness lying in this range are particularly well suited for use as a decorative layer for vehicle interior trim parts. The invention also relates - in addition to the method for producing a molded skin and the molded skin - to a vehicle interior trim part and to a method for producing a vehicle trim part. The vehicle interior trim part can have the molded skin and a support and, optionally, an intermediate layer. The molded skin forms the visible side of the vehicle interior trim part in such a vehicle interior trim part. A method for producing such a vehicle interior trim part comprises, as a step, the production of a molded skin as described above.
Die Erfindung betrifft auch eine Formhaut, die durch ein Verfahren wie vorangehend beschrieben hergestellt wurde. Erfindungsgemäße Formhäute sind gegenständlich von Formhäuten nach dem Stand der Technik unterscheidbar, da zum einen Rückstände des exotherm reagierenden Inhaltsstoffs verbleiben und da die gleichmäßigere Beheizung zu einer verringerten thermischen Schädigung der Dekorhaut an ihrer Oberfläche führt.The invention also relates to a molded skin produced by a process as described above. Mold skins according to the invention are objectively distinguishable from molded skins according to the prior art, since, on the one hand, residues of the exothermically reacting ingredient remain and since the more uniform heating leads to a reduced thermal damage to the decorative skin on its surface.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigtEmbodiments of the invention will be explained in more detail with reference to FIGS. It shows
In
Die Gießform
Durch die Wärmezufuhr zum TPE-Material
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird als exotherm reagierender Inhaltsstoff ADC verwendet. Dieser Inhaltsstoff reagiert derart, wie in
Bei dieser Reaktion wird insgesamt eine Wärmemenge von 12 Kilojoule pro Kilogramm des TPE-Materials frei. Die Hauptbestandteile des TPE-Materials sind ein Polyolefin beispielsweise ein PP oder PE) sowie ein Elastomer. Das TPE-Material ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel also ein TPE-O). Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat das verwendete Material eine Wärmekapazität von etwa 1,5 Kilojoule pro Kilogramm, d. h., durch die mittels des exotherm reagierenden Inhaltsstoffs erzeugte Wärme erhitzt das TPE-Material um etwa 8 K.In this reaction, a total amount of heat of 12 kilojoules per kilogram of TPE material is released. The main constituents of the TPE material are a polyolefin, for example a PP or PE, as well as an elastomer. The TPE material is in the present embodiment, therefore, a TPE-O). In the present embodiment, the material used has a heat capacity of about 1.5 kilojoules per kilogram, i. that is, heat generated by the exothermic reacting ingredient heats the TPE material by about 8K.
Da der exotherm reagierende Inhaltsstoff im vorliegenden Ausführungsbeispiel ausschließlich zur Bildung von Reaktionsprodukten führt, die bei allen im Laufe des beschriebenen Verfahrens auftretenden Temperaturen fest oder flüssig sind, wird durch den exotherm reagierenden Inhaltsstoff keine Aufschäumung der Haut bewirkt. In alternativen Ausführungsbeispielen kann jedoch zusätzlich ein Treibmittel im TPE-Material
Die Verläufe der Temperaturen über die Dicke der Formhaut werden für verschiedene Verfahrensvarianten in
In
Zu einem etwas späteren Zeitpunkt des Verfahrens ist die Temperatur des TPE-Materials in der Nähe der Gießformoberfläche bereits über eine Schmelztemperatur
Zu einem späteren Zeitpunkt des Verfahrens weist das TPE-Material
In
Unter III. ist der Temperaturverlauf zu einem späteren Zeitpunkt dieser Verfahrensvariante dargestellt. Wie zu erkennen ist, wird auch gemäß dieser Verfahrensvariante bereichsweise die Schmelztemperatur zu diesem Zeitpunkt noch nicht überschritten. Zwar ist die Schicht des TPE-Materials
Temperaturverläufe für eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens sind in
Dieser Verlauf ist unter II. in
Es sei darauf hingewiesen, dass eine zusätzliche Beheizung mittels eines exotherm reagierenden Inhaltsstoffs stets die vorangehend diskutierte Verkürzung des Verfahrens bewirken kann, unabhängig davon, auf welche Art und Weise die zur Aktivierung der exothermen Reaktion erforderliche Wärme eingebracht wird. Die Verwendung eines exotherm reagierenden Inhaltsstoffs kann also mit einer Beheizung des TPE-Materials mittels Heißluft, Wärmestrahlung, Beheizung der Gießform
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