DE102014010332A1

DE102014010332A1 - Verbundwerkstoffe umfassend Wabenkerne auf Basis von thermoplastischen Synthesefaservliesen

Info

Publication number: DE102014010332A1
Application number: DE102014010332.3A
Authority: DE
Inventors: Julia Mögel; Jörg Lehnert
Original assignee: Johns Manville Europe GmbH
Current assignee: Johns Manville Europe GmbH
Priority date: 2014-07-14
Filing date: 2014-07-14
Publication date: 2016-01-14
Also published as: US20160010251A1; EP2974855A3; EP2974855B1; EP2974855A2

Abstract

Die Erfindung betrifft Wabenkerne auf Basis von thermoplastischen Synthesefaservliesen, ein Verfahren zur Herstellung der Wabenkerne, sowie Verbundwerkstoffe enthaltend solche Wabenkerne.

Description

Die Erfindung betrifft Wabenkerne auf Basis von thermoplastischen Synthesefaservliesen, ein Verfahren zur Herstellung der Wabenkerne, sowie Verbundwerkstoffe enthaltend solche Wabenkerne.
Wabenkern-Werkstoffe bzw. Elemente mit vorwiegend hexagonaler Wabenstruktur werden vielfach und in zunehmendem Masse in vielen Anwendungen eingesetzt. Aufgrund der hohen Druckfestigkeit und hohen Steifigkeit derartiger Strukturen können diese, bei gleichzeitig geringem Gewicht, beispielsweise im Leichtbau eingesetzt werden. Hierbei bilden die Wabenkerne üblicherweise das Kernmaterial eines sandwichartigen Verbundes aus zwei flächigen Materialien.
Sandwichartige Wabenkern-Verbundwerkstoffe mit einem stützenden Wabenkern aus Papier oder Pappe können so ausgerüstet bzw. ausgestaltet werden, dass sie mit mehreren Tonnen pro m² belastet werden können. Die flächigen Materialien welche die Deckhäute des sandwichartigen Verbundes bilden, können aus verschiedenen Materialien sein, je nach Anwendung.
Des Weiteren ist auch der Einsatz von Wabenwerkstoffen für die Konsolidierung von Böden bekannt. Hierzu werden bei weichen, wenig tragfähigen Böden, beispielsweise bei sandigen und/oder sumpfigen Untergrund, Wabenwerkstoffe auf den Untergrund gelegt und die Wabenzellen mit Steingut oder einem anderen geeigneten Material gefüllt. Die gefüllten Waben Werkstoffe erreichen dadurch eine Druckfestigkeit, die der Druckfestigkeit von Beton nahe kommt, sodass die Tragfähigkeit des Bodens deutlich erhöht wird. Dieses Vorgehen findet u. a. im Straßenbau Anwendung. Gegenüber Beton besteht bei diesen Materialien der Vorteil, dass der Wabenwerkstoff wasserdurchlässig ist, so dass eine gute Drainage erhalten werden kann.
Je nach Einsatzgebiet weisen die Wabenkern-Werkstoffe Wabenzellen unterschiedlich große Durchmesser auf, so dass beispielsweise das Einfüllen eines Baumaterials oder das Einbringen eines Füllmaterials erleichtert wird. Für Anwendungen bei denen die Wabenzellen der Wabenkern-Werkstoffe mit gröberen Materialien gefüllt werden, haben sich Durchmesser von wenigen Zentimetern bis hin zu 50 cm, teilweise sogar mehr, als praktikabel herausgestellt. Damit die Befüllung nicht zu einem Umknicken der Oberkanten während des Einfüllens führt, muss der Wabenwerkstoff relativ fest sein. Eine vergleichbare Anforderung ergibt sich auch im bereits erwähnten Leichtbau, da der Wabenkern-Werkstoffe das Kernmaterial des üblicherweise sandwichartigen Verbundes bildet und die beiden flächigen Materialien, welche die Außenseiten des sandwichartigen Verbundes bilden mit dem Kern verbunden werden müssen.
Zur Herstellung der Wabenkern-Werkstoffe wurden bislang relativ Dicke textile Flächen eingesetzt und mehrere Lagen der textile Flächen mittels eines aufwendigen Nähprozess miteinander verbunden wurden. Anschließend wurde der vernähte Verbund zu dem zu erzielenden Wabenkörper gezogen. Anstelle der Nähprozesse können die einzelnen Lagen, wie in EP-A-0,512,433 beschrieben, verklebt oder, wie in WO 2006/026971 beschrieben, verschweißt werden. Nachfolgend wird der mehrlagige Verbund zum Wabenkern-Werkstoff auseinander gezogen. Der geöffnete Wabenkern-Werkstoff muss anschließend fixiert werden, so dass die Wabenstruktur, üblicherweise eine vorwiegend hexagonale Struktur, verfestigt wird.
Neben dem vorstehend beschriebenen Herstellverfahren kann der Wabenkern-Werkstoff auch durch Kombination von mehreren jeweils trapezförmig verformten textilen Flächengebilden hergestellt werden, beispielsweise wie in WO 89/10258 beschrieben.
Neben den vorstehend beschriebenen Wabenkernen aus synthetischen textilen Flächenmaterialien sind auch Wabenkerne aus zellulosebasiertem Materialien bekannt, die bereits gute mechanische Werte liefern; nachteilig ist jedoch, dass diese nicht thermoformbar sind und in feuchter Umgebung zur Degradierung neigen.
Andere Wabenkerne aus extrudiertem Polyolefin-Material (z. B. Polypropylen) sind ebenfalls bereits bekannt. Diese zeigen in feuchter Umgebung ein besseres Versagensverhalten und sind zudem thermoformbar. Allerdings ist die Höchsttemperatur sowohl im Gebrauch als auch im Thermoformprozess relativ gering, wodurch der Nutzen dieser Waben eingeschränkt ist für einige Anwendungen. Zudem sind die extrudierten Materialien nicht porös, wodurch ein Druckausgleich im Herstellprozess als auch eine Imprägnierung mit Harzen nicht möglich ist. Zusätzlich weisen extrudierte Wabenkerne ein höheres Gewicht auf.
Weitere Materialien aus denen Wabenkerne gebildet werden können, sind metallischen Legierungen, beispielsweise auf Basis von Aluminium, welche Formbar und Feuchteresistent sind. Allerdings ist die Anbindung von Decklagen auf den dünnen Kanten des inerten, nicht porösen metallischen Materials erschwert, und die ökonomische Betrachtung der hochwertigen Legierungen macht den Einsatz für viele Anwendungen uninteressant.
Die bislang im Stand der Technik bekannten Materialien zur Herstellung von Wabenkerne auf Basis von thermoplastischen Synthesefaservliesen weisen jedoch verschiedene Defizite auf. So besteht u. a. ein bekanntes Problem besteht darin, dass bei der Anbindung der äußeren Deckschichten an den Wabenkern der Druckaustausch mit der umgebenden Luft während der Verpressung gewährleistet sein muss, so dass die Anbindung der Decklagen gleichmäßig erfolgen kann und die Arbeitsgeschwindigkeit eine wirtschaftliche Fertigung zulässt. Andererseits muss eine ausreichende mechanische Stabilität bei gleichzeitig geringstmöglichem Gewicht realisiert werden. Darüber hinaus muss das die Wabenkerne bildende Material eine gute Kantensteifigkeit aufweisen sowie eine Anbindung der Decklagen zu einem guten Verbund zwischen Decklage und Kernmaterial gewährleisten. Des Weiteren sollte das Kernmaterial eine gute Temperaturbeständigkeit, Thermo-Formbarkeit, Biegesteifigkeit und ein ausreichendes Versagensverhalten in feuchter Umgebung aufweisen. Zusätzlich ist es von Vorteil, wenn das Wabenkern-Material ein Füllen, insbesondere ein nachträgliches Füllen der Wabenstruktur im fertigen sandwichartigen Verbundwerkstoff, zulässt.
Gelöst wird die vorstehende Aufgabe, sowie weitere nicht explizit genannte Aufgaben durch ein Einsatz eines speziellen Spinnvlieses auf Basis von thermoplastischen organischen Synthesefasern.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines Spinnvlies auf Basis von thermoplastischen organischen Synthesefasern zur Herstellung von Wabenkern-Werkstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass

a) das eingesetzte Spinnvlies ein Flächengewicht zwischen 50 und 500 g/m² aufweist, wobei sich die vorstehenden Angaben auf ein Spinnvlies ohne chemische Binder und sonstige Additive bezieht,
b) das eingesetzte Spinnvlies aus Fasern gebildet wird, die einen Titer im Bereich 1,0 bis 20 dtex, vorzugsweise 1,5 bis 10 dtex, aufweisen,
c) das eingesetzte Spinnvlies keine chemischen Binder umfasst,
d) das eingesetzte Spinnvlies mindestens einen thermoplastischen Binder umfasst, dessen Schmelzpunkt min. 10°C, vorzugsweise min. 20°C, insbesondere mindestens 30°C unterhalb des Schmelzpunktes der Fasern gemäß b) liegt, mindestens jedoch 170°C beträgt, um damit die Temperaturbeständigkeit erhalten bleibt,
e) das eingesetzte Spinnvlies eine Luftdurchlässigkeit im Bereich von 5–2000 l/m²sec, bevorzugt 100–300 l/m²sec @ 200 Pa gemessen gemäß EN-ISO 9237 besitzt.

Unter dem Begriff ”chemischer Binder” werden im Rahmen dieser Anmeldung niedrig-viskose reaktive Systeme verstanden, welche durch chemische Reaktion aushärten Der erfindungsgemäße Einsatz in der Herstellung von Wabenkern-Werkstoffen ermöglicht einerseits den Druckausgleich zwischen den einzelnen Wabenzellen des Wabenkern-Materials und erfüllt andererseits die Eingangs genannten Anforderungen an Wabenkern-Materialien, insbesondere in der Herstellung von sandwichartigen Verbundwerkstoffen. Das erfindungsgemäß eingesetzte Spinnvlies ermöglicht die Herstellung von Wabenkern-Werkstoffen mit hoher Kantensteifigkeit, guter Anbindung zu den beiden Deckschichten im Falle von sandwichartigen Verbundwerkstoffen, einer guten Aufnahme von flüssigen Bindersystemen, guter Temperaturbeständigkeit, guter Thermo-Formbarkeit, hoher Biegesteifigkeit und einem guten Versagensverhalten in feuchter Umgebung aufweisen. Aufgrund der semistrukturellen Eigenschaft des erfindungsgemäß eingesetzten Spinnvlieses können verschiedene Herstellprozesse für die Bildung der Wabenstruktur eingesetzt werden.
SPINNVLIES
Der Begriff ”Spinnvlies auf Basis von thermoplastischen organischen Synthesefasern” ist im Rahmen dieser Beschreibung in seiner breitesten Bedeutung zu verstehen.
Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäß eingesetzte Spinnvlies nur Fasern aus thermoplastischen organischen Polymeren.
Spinnvliese werden auch als sogenannte Spunbonds bezeichnet, die durch eine Wirrablage frisch schmelzgesponnener Filamente erzeugt werden. Sie bestehen aus Endlos-Synthesefasern aus schmelzspinnbaren, thermoplastischen, organischen Polymermaterialien. Geeignete Polymermaterialien sind beispielsweise Polyamide, wie z. B. Polyhexamethylen-diadipamid, Polycaprolactam, aromatische oder teilaromatische Polyamide (”Aramide”), aliphatische Polyamide, wie z. B. Nylon, teilaromatische oder vollaromatische Polyester, Polyphenylensulfid (PPS), Polymere mit Ether- und Keto-gruppen, wie z. B. Polyetherketone (PEK) und Poly-etheretherketon (PEEK), oder Polybenzimidazole.
Bevorzugt weisen die schmelzspinnbaren thermoplastischen, organischen Polymermaterialien einen Schmelzpunkt von min. 180°C, vorzugsweise von mindestens 200°C auf.
Bevorzugt bestehen die Spinnvliese aus schmelzspinnbaren Polyestern. Als Polyestermaterialien kommen im Prinzip alle zur Faserherstellung geeigneten bekannten Typen in Betracht. Derartige Polyester bestehen überwiegend aus Bausteinen, die sich von aromatischen Dicarbonsäuren und von aliphatischen Diolen ableiten. Gängige aromatische Dicarbonsäurebausteine sind die zweiwertigen Reste von Benzoldicarbonsäuren, insbesondere der Terephthalsäure und der Isophthalsäure; gängige Diole haben 2 bis 4 C-Atome, wobei das Ethylenglycol besonders geeignet ist. Besonders vorteilhaft sind Spinnvliese, die zu mindestens 85 mol % aus Polyethylenterephthalat bestehen. Die restlichen 15 mol % bauen sich dann aus Dicarbonsäureeinheiten und Glycoleinheiten auf, die als sogenannte Modifizierungsmittel wirken und die es dem Fachmann gestatten, die physikalischen und chemischen Eigenschaften der hergestellten Filamente gezielt zu beeinflussen. Beispiele für solche Dicarbonsäureeinheiten sind Reste der Isophthalsäure oder von aliphatischen Dicarbonsaure wie z. B. Glutarsäure, Adipinsäure, Sebacinsäure; Beispiele für modifizierend wirkende Diolreste sind solche von längerkettigen Diolen, z. B. von Propandiol oder Butandiol, von Di- oder Triethylenglycol oder, sofern in geringer Menge vorhanden, von Polyglycol mit einem Molgewicht von ca. 500 bis 2000.
Besonders bevorzugt sind Polyester, die mindestens 95 mol % Polyethylenterephthalat (PET) enthalten, insbesondere solche aus unmodifiziertem PET.
Sollen die erfindungsgemäß eingesetzten Spinnvliese zusätzlich eine flammhemmende Wirkung haben, so ist es von Vorteil, wenn sie aus flammhemmend modifizierten Polyestern ersponnen wurden. Derartige flammhemmend modifizierten Polyester sind bekannt. Sie enthalten Zusätze von Halogenverbindungen, insbesondere Bromverbindungen, oder, was besonders vorteilhaft ist, sie enthalten Phosphonverbindungen, die in die Polyesterkette einkondensiert sind.
Besonders bevorzugt enthalten die Spinnvliese flammhemmend modifizierte Polyester, die in der Kette Baugruppen der Formel (I)
worin R Alkylen oder Polymethylen mit 2 bis 6 C-Atomen oder Phenyl und R1 Alkyl mit 1 bis 6 C-Atomen, Aryl oder Aralkyl bedeutet, einkondensiert enthalten. Vorzugsweise bedeuten in der Formel (I) R Ethylen und R¹ Methyl, Ethyl, Phenyl, oder o-, m- oder p-Methyl-phenyl, insbesondere Methyl. Derartige Spinnvliese werden z. B. in der DE-A-39 40 713 beschrieben.
Die in den Spinnvliesen enthaltenen Polyester haben vorzugsweise ein Molekulargewicht entsprechend einer intrinsischen Viskosität (IV), gemessen in einer Lösung von 1 g Polymer in 100 ml Dichloressigsäure bei 25°C, von 0,6 bis 1,4.
Die Einzeltiter der Fasern des Spinnvlieses betragen zwischen 1,0 bis 20 dtex, vorzugsweise 1,5 bis 10 dtex.
Das eingesetzte Spinnvlies hat ein Flächengewicht zwischen 50 und 500 g/m², vorzugsweise 100 und 300 g/m², wobei sich die vorstehenden Angaben auf ein Spinnvlies ohne chemische Binder und sonstige Additive bezieht Das erfindungsgemäß eingesetzte Spinnvlies ist im Wesentlichen frei von chemischen Bindern, d. h. es enthält zwischen 0 und bis zu 5 Gew.-% (bezogen auf das textile Flächengebilde) an chemischen Bindern bzw. Substanzen die chemischen Bindern gleich oder vergleichbar sind, jedoch aus Aviagen oder ähnlichem stammen können. Besonders bevorzugt werden Spinnvliese eingesetzt, die keinen Zusatz an chemischen Bindern aufweisen. Besonders bevorzugt werden Spinnvliese eingesetzt, die ausschließlich mechanisch und/oder mittels thermoplastischen Bindern vorverfestigt sind.
Die die Spinnvliese aufbauenden Polymerfasern können einen praktisch runden Querschnitt besitzen oder auch andere Formen aufweisen, wie hantel-, nierenförmige, dreieckige bzw. tri- oder multilobale Querschnitte.
Die Spinnvliese können ein oder mehrschichtig aufgebaut sein.
Die das Spinnvlies bildenden Fasern können durch übliche Zusätze modifiziert sein, beispielsweise durch Antistatika, wie Ruß.
Das erfindungsgemäß eingesetzte Spinnvlies weist eine Luftdurchlässigkeit im Bereich von 5–2000 l/m²sec, vorzugsweise 100–300 l/m²sec @ 200 Pa gemessen gemäß EN-ISO 9237 auf.
Das erfindungsgemäß eingesetzte Spinnvlies besitzt vorzugsweise eine Höchstzugkraft (in Längsrichtung) von mindestens 100 N/5 cm, besonders bevorzugt mindestens 200 N/5 cm gemessen gemäß DIN 29073, Teil 3.
Das erfindungsgemäß eingesetzte Spinnvlies besitzt vorzugsweise eine Höchstzugkraft (in Querrichtung) von mindestens 50 N/5 cm, besonders bevorzugt mindestens 100 N/5 cm gemessen gemäß DIN 29073, Teil 3.
Besonders bevorzugt wird ein Spinnvlies eingesetzt, welches eine Kombination der vorstehend genannten Parameter aus Luftdurchlässigkeit, Höchstzugkraft (in Längs- und/oder Querrichtung), aufweist.
Zur Erzeugung der semistrukturellen Eigenschaft des erfindungsgemäß eingesetzten Spinnvlieses enthält dieses mindestens einen thermoplastischen Binder, dessen Schmelzpunkt min. 10°C, vorzugsweise min. 20°C, unterhalb des Schmelzpunktes der Fasern gemäß b) liegt, mindestens jedoch 170°C beträgt. Der thermoplastische Binder kann in Form separater Binderfaser, als Pulver und/oder Granulat in das Spinnvlies eingebracht werden. Des Weiteren kann der thermoplastische Binder auch in Form der niedrigschmelzenden Komponente einer Bikomponentenfaser vorliegen.
Die Menge an thermoplastischen Binder beträgt 10–50 Gew.-%, vorzugsweise 10–30 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Spinnvlieses.
Insofern der thermoplastische Binder in Form einer separaten Binderfaser, eines Granulates oder in Form der niedrigschmelzenden Komponente einer Bikomponentenfaser eingebracht wird, spricht man von einem schmelzbinderverfestigten Spinnvlies.
Das schmelzbinderverfestigte Spinnvlies umfasst somit Träger- und Schmelzklebefasern und/oder Bikomponentenfasern mit Träger- und Binderkomponente. Die Träger- und Schmelzklebefasern bzw. Komponenten können sich von beliebigen thermoplastischen fadenbildenden Polymeren ableiten Trägerfasern können sich darüber hinaus auch von nicht schmelzenden fadenbildenden Polymeren ableiten. Derartige schmelzbinderverfestigte Spinnvliese sind beispielsweise grundsätzlich in EP-A-0,446,822 und EP-A-0,590,629 beschrieben.
Beispiele für Polymere, von denen sich die Trägerfasern bzw. Trägerfaserkomponenten ableiten können, sind Polyacrylnitril, im wesentlichen aliphatische Polyamide, wie Nylon 6.6, im wesentlichen aromatische Polyamide (Aramide), wie Poly-(p-phenylenterephthalat) oder Copolymere enthaltend einen Anteil an aromatischen m-Diamineinheiten zur Verbesserung der Löslichkeit oder Poly-(m-phenylenisophthalat), im wesentlichen aromatische Polyester, wie Poly-(p-hydroxybenzoat) oder vorzugsweise im wesentlichen aliphatische Polyester, wie Polyethylenterephthalat
Der Anteil der beiden Fasertypen zueinander kann in weiten Grenzen gewählt werden, wobei darauf zu achten ist, dass der Anteil der Schmelzklebefasern den vorstehend genannten Anteil an thermoplastischem Binder nicht übersteigt. Durch Verklebung der Trägerfasern mit den Schmelzklebefasern wird eine für die gewünschte Anwendung ausreichende semistrukturelle Eigenschaft erhalten aber andererseits die benötigte Luftdurchlässigkeit gewährleistet ist. Der Anteil des aus der Schmelzklebefaser stammenden Schmelzklebers im Spinnvlies beträgt üblicherweise 10–50 Gew.-%, vorzugsweise 10–30 Gew.-% (bezogen auf das Gesamtgewicht des Vliesstoffes).
Als Schmelzkleber kommen Schmelzpolymere aus der Gruppe der Polyester mit einem gegenüber dem Vliesstoff-Rohstoff um 10 bis 50°C, vorzugsweise 30 bis 50°C abgesenkten Schmelzpunkt in Betracht. Beispiele für derartige Schmelzkleber sind Polybutylenterephthalat oder durch Einkondensieren längerkettiger Diole und/oder von Isophthalsäure oder aliphatischen Dicarbonsäuren modifiziertes Polyethylenterephthalat.
Die Schmelzkleber werden vorzugsweise in Faserform als Stapelfasern oder Endlosfaden in das Spinnvliese eingebracht oder in Form sogenannter Bicomponentenfasern, wobei die vorstehend bezeichneten Materialien für die Trägerfasern die mechanische Festigkeit und die vorstehend bezeichneten Materialien für die Schmelzklebefasern die zweite Komponente der Bicomponentenfasern bilden, welche für die Verfestigung genutzt wird.
Vorzugsweise sind Träger- und Schmelzklebefasern aus einer Polymerklasse aufgebaut. Darunter ist zu verstehen, dass alle eingesetzten Fasern aus einer Substanzklasse so ausgewählt werden, dass diese nach Gebrauch problemlos recycliert werden können. Bestehen die Trägerfasern beispielsweise aus Polyester, so werden die Schmelzklebefasern ebenfalls aus Polyester, z. B. PBT bestehen oder aus einer Mischung von Polyestern, z. B. als Bikomponentenfaser mit PET im Kern und einen niedriger schmelzenden Polyethylenterephthalat-Copolymeren als Mantel ausgewählt. Darüber hinaus sind jedoch auch Bikomponentenfasern möglich, die aus unterschiedlichen Polymeren aufgebaut sind. Beispiele hierfür sind Bikomponentenfasern aus Polyester und Polyamid (Kern/Hülle).
Die Einzelfasertiter der Träger- und der Schmelzklebefasern können innerhalb der genannten Grenzen gewählt werden.
Die Herstellung der erfindungsgemäß eingesetzten Spinnvliese erfolgt mittels an sich bekannter Einzel-Maßnahmen und Vorrichtungen.
Das geschmolzene Polymer wird durch mehrere hintereinander geschaltete Reihen von Spinndüsen bzw. Gruppen von Spinndüsenreihen extrudiert und die ausgesponnenen Polymerströme werden in an sich bekannter Weise verstreckt, und z. B. unter Verwendung einer rotierenden Prallplatte in Streutextur auf einem Transportband abgelegt
Die Durchführung der etwaigen Verfestigung erfolgt ebenfalls mittels bekannter Methoden, insbesondere durch mechanische Methoden, insbesondere mittels Kalandrierung und gegebenenfalls durch Vernadelung.
Die Kalandrierung erfolgt vorzugsweise mit einem Liniendruck von mehr als 35 daN/cm, vorzugsweise mehr als 45 daN/cm und einer Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des Bindersystems. Dabei kann das Vlies mit einer Prägewalze verfestigt werden, welche geometrische Prägestrukturen, vorzugsweise engmaschige geometrische Prägestrukturen, aufweist (z. B. Leinwandprägung). Ebenso kann der Kalander eine glatte Struktur aufweisen.
Anstelle der Kalandrierung kann die Verfestigung des Spinnvlieses auch die durch Laminieranlage, nachfolgende Kalanderwalzen oder Doppelbandpressen erfolgen, wobei das Zusammenspiel aus einwirkendem Druck und Temperatur dem vorstehend genannten Verfestigungschritt äquivalent ist.
Die Oberflächentemperatur der Kalanderwalzen bzw. der äquivalenten Laminieranlage, Kalanderwalzen oder Doppelbandpressen liegt mindestens 10°C, vorzugsweise mindestens 20°C höher als die Schmelztemperatur des thermoplastischen Binders. Somit beträgt die Oberflächentemperatur der Druck ausübenden Oberfläche vorzugsweise zwischen 180 und 260°C, insbesondere zwischen 225 und 250°C.
Durch das Zusammenspiel von Faserfeinheit, Rohmaterialeigenschaften, Druck, Temperatur und ggf. Prägung wird die Luftdurchlässigkeit/Porosität des Vlieses ebenso bestimmt wie die Kantensteifigkeit. Die erfindungsgemäßen Spinnvliese zeigen insbesondere eine hohe Kantensteifigkeit und sind daher zur Herstellung von Wabenkernen besonders gut geeignet.
Zur Herstellung von Wabenkernen werden die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Spinnvliese durch thermisches Verschweißen oder Ultraschall-Verschweißen entsprechend EP 1792014 verbunden.
Zur Herstellung von Wabenkernen werden die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Spinnvliese einer Schweiß-Vorrichtung, üblicherweise bei Raumtemperatur, in Bahnenform zugeführt. Zwei einander gegenüberliegende Bahnabschnitt werden bereichsweise unter Zuführung von Wärme aufgeschmolzen, die Schmelzen dann vereinigt und abgekühlt. Die Abkühlung kann durch Kältezufuhr unterstützt werden. Die Bahnabschnitte bilden in den aufgeschmolzenen und dann abgekühlten Bereichen einen monolithischen Block aus, der makroskopisch homogen ist. Die verschweißten Bahnabschnitte werden dann mit einem weiteren Bahnabschnitt auf die gleiche Art und Weise verbunden, wobei die ”Schweißnähte” in Längsrichtung der Bahnen versetzt zu den bereits vorhandenen Schweißnähten angeordnet sind.
Das eingesetzte bevorzugte Schweißverfahren beruht auf dem Prinzip der Außenerwärmung und/oder dem Prinzip der Innenerwärmung.
Bei einem Verfahren nach dem Prinzip des Außenschweißens wird mit Hilfe von Heizelementen Wärme von Außen in die Bahnabschnitte eingeleitet, bis beide Bahnabschnitte die Schmelztemperatur erreicht haben. Die Wärme wird also durch Bahnabschnitt hindurch geleitet, bis die aufeinander zuweisenden Flächen ausreichend erwärmt sind. Die Wärme kann dabei nur durch einen Bahnabschnitt gebildet werden, möglich ist aber auch eine Erwärmung beider zu verbindender Bahnabschnitte.
Bei einem Verfahren nach dem Prinzip der Innenerwärmung wird dagegen ein Heizelement zwischen die zu verbindenden Bahnabschnitte gebracht. Die Bahnabschnitte werden also lediglich auf den Seiten erwärmt, die später miteinander verbunden werden sollen. Bei dem Verfahren nach dem Prinzip der Innenerwärmung ist es zudem möglich, durch eine gezielte Prozessführung die Verschweißung so zu steuern, dass nur die erhitzten und zu verschweißenden oberflächennahen Vliesschichten verschweißt werden. Die übrigen Bereiche des Vliesstoffes senkrecht zur verschweißten Fläche bleiben somit unverschweißt und behalten ihre Porosität bei.
Des Weiteren ist aber auch eine Kombination der beiden Verfahren möglich. Insbesondere bei Wabenkern-Werkstoffen mit großen Wabenelementen und hohem Flächengewicht ist es sinnvoll, die Bahnabschnitte von Außen und von Innen zu erwärmen. Die Wärme erreicht dann zuverlässig alle Fasern.
Neben rein thermischen Verschweißverfahren können grundsätzlich auch Ultraschallverfahren und/oder Mikrowellenverfahren als mehr oder weniger kontaktlose Schweißverfahren angewendet werden. Diese Verfahren sind ebenfalls aus der Literatur bekannt; hierbei wird mittels energiereicher elektromagnetischen Wellen die zu verschweißende Stelle erwärmt.
Die vorstehend genannten Verfahren sind nur beispielhaft zu verstehen, entscheidend für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Wabenkern-Werkstoffes ist lediglich, dass eine ausreichend stabile Schweiß-Verbindung gebildet wird. Weitere Details hinsichtlich der vorstehend genannten Verfahren finden sich in EP 1792014 .
1 zeigt in einer vereinfachten prinzipiellen Darstellung einen Ausschnitt aus einem Wabenkern-Werkstoff (10). Dieser weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel 6-eckige (hexagonale) Zellen (12) auf.
Der Wabenkern-Werkstoff (10) wird aus einem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Spinnvlies (14), d. h. (14a), (14b), (14c), gebildet und weist miteinander verbundenen Abschnitte (14a) auf. Die Abschnitte (14a), (14b), (14c) sind bereichsweise über Verbindungsschnitte (16) miteinander verbunden, wobei die Verbindungsabschnitte (16) von Bahnabschnitt zu Bahnabschnitt um einen Betrag H zu einander versetzt sind. Je nach Wahl der Größe des Versatzes H ist die Form der Zellen (12) an gewünschte Bedingungen anpassbar. H ist die Distanz von Verbundmitte zu Verbundmitte.
Weiterhin ist in 1 eine Zellteilung A dargestellt, die quasi eine Höhe einer Zelle (12) bezeichnet. Die Zellteilung A beträgt vorzugsweise mehr als 5 mm.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Wabenkern-Werkstoffes wird der zusammengefügte verschweißte Verbund aufgefächert. Je nach Anwendung des Wabenkern-Werkstoffes kann dieser zuvor in schmalere Warenbahnen geschnitten und anschließend aufgefächert werden.
Üblicherweise erfolgt ein Auffächern der zusammengefügten Bahnabschnitte (14a), (14b) zum endgültigen Wabenwerkstoff (10). Je nach Anwendung und Kunde kann dies aber auch später, beispielsweise am Einsatzort des Wabenkern-Werkstoffes erfolgen.
Nachdem also ausreichend Bahnabschnitte (14) zusammengefügt wurden, werden diese erwärmt. Die Erwärmung erfolgt auf einen Temperaturbereich der minimal bei der der Schmelztemperatur des thermoplastischen Binders, z. B. der Schmelzbinderfasern, liegt (Untergrenze) und min. 10°C unterhalb der Schmelztemperatur der Trägerfasern (Obergrenze). Das Erwärmen kann beispielsweise in einem Heißluftofen erfolgen. Die Temperatur der in den Heißluft-Ofen eingeblasenen Heißluft liegt minimal bei der der Schmelztemperatur des thermoplastischen Binders bzw. der Schmelzbinderfasern (Untergrenze) und min. 10°C unterhalb der Schmelztemperatur der Trägerfasern (Obergrenze). Die erfindungsgemäß eingesetzten Heißluftöfen sind dem Fachmann bekannt. Daneben sind auch IR-Heizsysteme einsetzbar.
Die erwärmten zuvor verschweißten Spinnvliesbahnen werden anschließend derart mechanisch auseinander gezogen, dass sich die Wabenzellen öffnen und sich nach Abkühlen der gewünschte Wabenkern-Werkstoff ausbildet. Dieser kann durch geeignete Verfahren in geeignete Abmessungen gebracht werden, beispielsweise können aufgefächerte Abschnitte von dem sich ausbildenden Hobestrang abgeschnitten werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Wabenkern-Werkstoffes weist also die folgenden Schritte auf:

(a) Bereitstellen eines thermofusionierbaren Spinnvlieses (14),
(b) Verschweißen zweier Bahnabschnitt (14a) (16) des thermofusionierbaren Spinnvlieses (14) durch Verbinden einer Mehrzahl von Verbindungsabschnitten (16),
(c) Verschweißen der zusammengefügten Bahnabschnitte (14a), (14b) mit einem nächsten Bahnabschnitt (14c) nach dem gleichen Verfahren, wobei die neuen Verbindungsabschnitte (16) versetzt (H) zu den zuvor ausgebildeten Verbindungsabschnitten (16) angeordnet sind,
(d) beliebig häufiges Wiederholen von Schritt (c),
(e) Erwärmen des nach Schritt (d) erhaltenen Verbundes,
(f) Auffächern des erwärmten Verbundes gemäß (e) zum Wabenkern-Werkstoff (10),
(g) Abkühlen des aufgefächerten Wabenkern-Werkstoff (10) zur Fixierung der gebildeten Wabenkerne,

I) ein Flächengewicht zwischen 50 und 500 g/m² aufweist, wobei sich die vorstehenden Angaben auf ein Spinnvlies ohne chemische Binder und sonstige Additive bezieht,
II) das Spinnvlies aus Fasern gebildet wird, die einen Titer im Bereich 1,0 bis 20 dtex, vorzugsweise 1,5 bis 10 dtex, aufweisen,
III) das Spinnvlies keine chemischen Binder umfasst,
IV) das Spinnvlies mindestens einen thermoplastischen Binder umfasst, dessen Schmelzpunkt min. 10°C, vorzugsweise min. 20°C, insbesondere mindestens 30°C unterhalb des Schmelzpunktes der Fasern gemäß II) liegt, mindestens jedoch 170°C beträgt, um damit die Temperaturbeständigkeit erhalten bleibt,
V) das Spinnvlies eine Luftdurchlässigkeit im Bereich von 5–2000 l/m²sec, bevorzugt 100–300 l/m²sec @ 200 Pa gemessen gemäß EN-ISO 9237 besitzt, und
VI) das Erwärmen gemäß Schritt e) auf einen Temperatur entsprechend der Schmelztemperatur des thermoplastischen Binders bzw. der Schmelzbinderfasern (Untergrenze) und min. 10°C unterhalb der Schmelztemperatur der Trägerfasern (Obergrenze).

Alternativ kann die Auffächerung der zuvor verschweißten Spinnvliesbahnen auch kalt erfolgen, d. h. ohne eine vorherige Erwärmung werden diese mechanisch auseinander gezogen, dass sich die Wabenzellen öffnen. Zur Fixierung des gewünschte Wabenkern-Werkstoffs werden vor oder während der Auffächerung chemische Binder zugesetzt, welche anschließend durch chemische Reaktion, z. B. selbstvernetzende Binder, aushärten.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Wabenkern-Werkstoffes weist also die folgenden Schritte auf:

(a) Bereitstellen eines thermofusionierbaren Spinnvlieses (14),
(b) Verschweißen zweier Bahnabschnitt (14a) (16) des thermofusionierbaren Spinnvlieses (14) durch Verbinden einer Mehrzahl von Verbindungsabschnitten (16),
(c) Verschweißen der zusammengefügten Bahnabschnitte (14a), (14b) mit einem nächsten Bahnabschnitt (14c) nach dem gleichen Verfahren, wobei die neuen Verbindungsabschnitte (16) versetzt (H) zu den zuvor ausgebildeten Verbindungsabschnitten (16) angeordnet sind,
(d) beliebig häufiges Wiederholen von Schritt (c),
(e) Auffächern des nicht erwärmten Verbundes gemäß (d) zum Wabenkern-Werkstoff (10),
(f) Aufbringen eines durch chemische Reaktion aushärtenden chemischen Binders, vorzugsweise eines selbstvernetzenden chemischen Binders, wobei das Aufbringen vor oder während der Auffächerung gemäß (e) erfolgt,
(g) Aushärten des gemäß (f) aufgebrachten Binders zur Fixierung der gebildeten Wabenkerne,

I) ein Flächengewicht zwischen 50 und 500 g/m² aufweist, wobei sich die vorstehenden Angaben auf ein Spinnvlies ohne chemische Binder und sonstige Additive bezieht,
II) das Spinnvlies aus Fasern gebildet wird, die einen Titer im Bereich 1,0 bis 20 dtex, vorzugsweise 1,5 bis 10 dtex, aufweisen,
III) das Spinnvlies keine chemischen Binder umfasst,
IV) das Spinnvlies mindestens einen thermoplastischen Binder umfasst, dessen Schmelzpunkt min. 10°C, vorzugsweise min. 20°C, insbesondere mindestens 30°C unterhalb des Schmelzpunktes der Fasern gemäß II) liegt, mindestens jedoch 170°C beträgt, um damit die Temperaturbeständigkeit erhalten bleibt,
V) das Spinnvlies eine Luftdurchlässigkeit im Bereich von 5–2000 l/m²sec, bevorzugt 100–300 l/m²sec @ 200 Pa gemessen gemäß EN-ISO 9237 besitzt.

Der Zuschnitt der Wabenkern-Träger kann vor oder nach dem Aufziehen erfolgen. Bevorzugt erfolgt der Zuschnitt, der die Wabenhöhe bestimmt, vor dem Auseinanderziehen der Spinnvliese. Das Auseinanderziehen der Spinnvliese oder Hobestränge kann unmittelbar nach der Verschweißung der Spinnvliese oder in einem separaten Prozessschritt zu einem späteren Zeitpunkt erfolgen.
Wie dargelegt kann, alternativ zu einer Thermofixierung der Waben (Auseinanderziehen unter Wärme und anschließender Abkühlung), die Wabenstruktur auch durch Auseinanderziehen und Fixieren mittels chemischer Binder ohne Temperatureinfluss erfolgen. Je nach verwendetem chemischen Binder kann die Aushärtung durch Zufuhr von Wärme (Warmluft) oder Wärmestrahlung (IR Strahlung) beschleunigt werden.
WARENKERN
Die erfindungsgemäß hergestellten Wabenkerne weisen eine gute Kantensteifigkeit auf. Die Kantensteifigkeit kann mittels Messung des spezifischen Kanten-Stauchwiderstandes bestimmt werden (siehe Messmethoden). Die erfindungsgemäßen Wabenkerne erreichen dabei Werte von > 1, vorzugsweise > 1,1, insbesondere > 1,2.
Des Weiteren weisen die erfindungsgemäß hergestellten Wabenkerne im Bereich des Spinnvliese, welche die unverschweißten Bereiche der Wabenzelle bilden eine nahezu unveränderte Luftdurchlässigkeit im Bereich von 5–2000 l/m²sec, bevorzugt 100–300 l/m²sec @ 200 Pa gemessen gemäß EN-ISO 9237, auf.
Die erfindungsgemäß hergestellten Wabenkerne haben eine Gebrauchstemperaturbeständigkeit von > 110°C und bei einem typischen Raumgewicht von 20–70 kg/m³ (ohne zusätzlichen Binder oder Füllung) eine Druckfestigkeit von > 0,8 MPa. Die Druckfestigkeit kann mittels üblicher Messmethoden bestimmt werden.
Aufgrund der Anwesenheit und der Auswahl des Schmelzpunktes zwischen thermoplastischem Binder und Schmelzpunkt der Fasern des Spinnvlieses kann der erfindungsgemäß hergestellte Wabenkern in sogenannten Thermoformprozessen eingesetzt werden. Hierbei werden die erfindungsgemäß hergestellten Wabenkerne über den Erweichungspunkt bis hin zum Schmelzpunkt des thermoplastischen Binders erwärmt, z. B. durch Infrarotstrahler oder Kontaktheizung, und dann im kalten Formwerkzeug umgeformt. Mittels der erfindungsgemäß hergestellten Wabenkern sind somit auch komplexe Sandwichstrukturen möglich und zugleich kann eine dekorative Oberfläche, z. B. Textil, Folie etc., mit oder als Bestandteil der Deckschicht aufgebracht werden.
WARENKERN-VERBUNDWERKSTOFF
Zur Herstellung von sandwichartigen Verbundwerkstoffen werden die erfindungsgemäßen Wabenkerne auf beiden Seiten mit einer Deckschicht versehen und verbunden.
Die Herstellung der Verbundwerkstoffe kann kontinuierlich direkt nach der Herstellung der Wabenkerne oder in einem separaten nachträglichen Schritt erfolgen.
Um eine sichere Verbindung der Deckschicht mit den Wabenkernen zu erreichen, werden die Wabenkerne mit einem Binder ausgerüstet. Als Binder sind sowohl thermoplastische als auch chemische Binder geeignet. Weitere geeignete Binder im Sinne der vorliegenden Erfindung sind auch Mischungen aus Monomeren und/oder Oligomeren Verbindungen, welche zu thermoplastischen Polymeren, beispielsweise durch Polymerisation oder Polykondensation, reagieren. Derartige Mischungen können aufgrund des monomeren bzw. oligomeren Charakters in Form von niedrigviskosen Flüssigkeiten aufgebracht werden, wodurch eine effektive Benetzung der Wabenkerne möglich ist. Anschließend erfolgt die Bildung des auf den Monomeren bzw. Oligomeren basierenden thermoplastischen Polymers. Derartige Binder sind aufgrund des niedrigviskosen Verhaltens ebenfalls gut geeignet und sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Insofern chemische Binder beaufschlagt werden, wird der Wabenkernträger durch ein Binderbad geführt oder mittels geeigneter Maßnahmen mit dem Binder versehen. Bei den Bindern handelt es sich um chemische Binder, d. h. um selbstvernetzende Binder, die ohne Zusatz eines Katalysators chemisch vollständig durchreagieren. Die Vernetzung wird vorzugsweise thermisch induziert. Geeignete Binder sind u. a. wässrige Acrylatdispersionen, Polymerdispersionen aus Vinylacetat und Ethylen, oder ähnliche selbstvernetzende, insbesondere thermisch selbstvernetzende, Binder geeignet sind. Besonders geeignet sind Binder auf Basis von Acrylaten, Polyestern oder Epoxiden. Die chemischen Binder werden bevorzugt in Form von Dispersionen, Emulsionen oder als Harze eingesetzt. Durch eine ausreichende Verdünnung der chemischen Binder kann eine zu starke Abnahme der Luftdurchlässigkeit vermieden werden. In einer weiteren Ausführungsform werden die Wabenkernträger nur in den Bereichen mit Binder benetzt, die in unmittelbarem Kontakt zu den beiden Deckschichten stehen.
Anstelle der chemische Binder kann das Bad, durch welches der Wabenkernträger geführt wird, auch eine Mischungen aus Monomeren und/oder Oligomeren Verbindungen aufweisen, welche zu thermoplastischen Polymeren polymerisieren bzw. polykondensieren.
Die mit Binder ausgerüsteten Wabenkerne sind wertvolle Zwischenprodukte in der Herstellung der sandwichartigen Verbundwerkstoffe. Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Wabenkern-Material, dadurch gekennzeichnet, dass die Waben aus einem mit thermoplastischen Binder verfestigten Spinnvlies bestehen und

I) das Spinnvlies ein Flächengewicht zwischen 50 und 500 g/m² aufweist, wobei sich die vorstehenden Angaben auf ein Spinnvlies ohne chemische Binder und sonstige Additive bezieht,
II) das Spinnvlies aus Fasern gebildet wird, die einen Titer im Bereich 1,0 bis 20 dtex, vorzugsweise 1,5 bis 10 dtex, aufweisen,
III) das Spinnvlies keine chemischen Binder umfasst,
IV) das Spinnvlies mindestens einen thermoplastischen Binder umfasst, dessen Schmelzpunkt min. 10°C, vorzugsweise min. 20°C, insbesondere mindestens 30°C unterhalb des Schmelzpunktes der Fasern gemäß II) liegt, mindestens jedoch 170°C beträgt, um damit die Temperaturbeständigkeit erhalten bleibt,
V) das Spinnvlies eine Luftdurchlässigkeit im Bereich der unverschweißten Bereiche der Wabenzelle im Bereich von 5–2000 l/m²sec, bevorzugt 100–300 l/m²sec @ 200 Pa gemessen gemäß EN-ISO 9237 besitzt und
VI) das Spinnvlies zusätzlich zu dem thermoplastischen Binder mit mindestens einem weiteren Binder ausgerüstet ist.

Alternativ können auch die Deckschichten thermoplastische Binder enthalten oder eine Beschichtung mit chemischen Bindern bzw. thermoplastischen Bindern aufweisen, die eine Verbindung zu den Wabenkernen ermöglicht. Geeignete thermoplastische Binder hierfür sind Polymere, deren Schmelztemperatur nicht oberhalb, vorzugsweise min. 5°C unterhalb, insbesondere min. 10°C unterhalb, der Schmelztemperatur des thermoplastischen Binders des Spinnvlieses liegt. Geeignete chemische Binder sind die bereits genannten chemischen Binder, d. h. selbstvernetzende Binder, die durch chemische Reaktion aushärten.
Die Deckschichten werden mittels einer Presse und gegebenenfalls unter Temperatureinfluss, je nach verwendetem Binder, auf die Wabenkerne aufgebracht und mit diesem verpresst. Hierbei wird die Weglänge der Pressplatten so eingestellt, dass die Kanten des Wabenkern-Materials mit den beiden Deckschichten in Kontakt kommen. Bedingt durch die hohe Kantensteifigkeit und die Temperaturresistenz des Spinnvlieses führt der einwirkende Druck und ggf. Wärme nicht zu einer Schädigung des Wabenkern-Materials. Bedingt durch die hohe Luftdurchlässigkeit der Wabenkerne sind – insbesondere bei hohen Prozess-Geschwindigkeiten – außerordentlich gleichmäßige Verbundwerkstoffe möglich.
Bei thermoplastischen Systemen kann ein reiner Polyester bzw. PET Verbundwerkstoff hergestellt werden (Recyclingfähig), der bei Gebrauchstemperaturen > 90° verwendbar ist. Durch gute und gleichmäßige Anhaftung werden außerordentlich hohe Widerstandswerte gegenüber Scherkräften erreicht, was hohe mechanische Belastungen erlaubt.
Die erfindungsgemäßen Wabenkerne haben nach Ausrüstung mit einem Binder bei einem typischen Raumgewicht von 50–150 kg/m³ (bezogen auf eine Wabenzellengröße von 11 mm) eine Druckfestigkeit von > 5 Mpa. Zusätzlich können derartige Wabenkerne Gebrauchstemperaturen > 200° erreichen. Die vorstehenden Angaben beziehen sich auf Wabenkerne ohne Deckschichten.
Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Wabenkerne sind vorteilhaft in Sandwichaufbauten mit duroplastischen Bindersystemen, da die Porosität eine einfache bzw. selbstständige Imprägnierung durch Bindersysteme erlaubt. Aufgrund der Porosität, werden nur geringe Bindermengen benötigt, um dennoch eine hohe Versteifung zu erzielen. Dies spart Material, Kosten und Gewicht. Zudem kann in sogenannten „one shot” Anwendungen die Deckschicht, z. B. aus Verstärkungsmaterialien wie Glasfaser, Carbonfaser, Hochmodulfasern, z. B. Aramid wie Kevlar^®, Nomex^® etc., organischen Materialien, Holz, Aluminium etc) mit dem Wabenkern imprägniert und verbunden werden, was die Scherfestigkeit/Biegesteifigkeit zusätzlich optimiert.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind somit auch sandwichartige Verbundwerkstoffe umfassend:

(i) mindestens einen Wabenkern-Werkstoff und
(ii) mindestens zwei Deckschichten, welche durch einen Wabenkern-Werkstoff getrennt miteinander flächig verbunden sind,
(iii) die Verbindung des Wabenkern-Werkstoffes und der Deckschichten mittels eines Binders erfolgt ist,

I) das Spinnvlies ein Flächengewicht zwischen 50 und 500 g/m² aufweist, wobei sich die vorstehenden Angaben auf ein Spinnvlies ohne chemische Binder und sonstige Additive bezieht,
II) das Spinnvlies aus Fasern gebildet wird, die einen Titer im Bereich 1,0 bis 20 dtex, vorzugsweise 1,5 bis 10 dtex, aufweisen,
III) das Spinnvlies keine chemischen Binder umfasst,
IV) das Spinnvlies mindestens einen thermoplastischen Binder umfasst, dessen Schmelzpunkt min. 10°C, vorzugsweise min. 20°C, insbesondere mindestens 30°C unterhalb des Schmelzpunktes der Fasern gemäß II) liegt, mindestens jedoch 170°C beträgt, um damit die Temperaturbeständigkeit erhalten bleibt,
V) das Spinnvlies eine Luftdurchlässigkeit im Bereich der unverschweißten Bereiche der Wabenzelle im Bereich von 5–2000 l/m²sec, bevorzugt 100–300 l/m²sec @ 200 Pa gemessen gemäß EN-ISO 9237 besitzt.

Der erfindungsgemäße Wabenkern kann senkrecht auf den beiden Deckflächen stehen oder waagrecht auf den beiden Deckflächen liegen. Vorzugsweise steht der Wabenkern senkrecht auf den beiden Deckflächen.
Die Verbindung des Wabenkerns und der Deckflächen erfolgt mittels eines Binders. Geeignete Binder hierfür sind sowohl thermoplastische Binder als auch chemische Binder. Weitere geeignete Binder im Sinne der vorliegenden Erfindung sind auch Mischungen aus Monomeren und/oder Oligomeren Verbindungen, welche zu thermoplastischen Polymeren, beispielsweise durch Polymerisation oder Polykondensation, reagieren. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Binder um den thermoplastischen Binder aus dem Spinnvlies.
Die Binder können wie bereits ausgeführt in den Wabenkern eingebracht werden oder als Beschichtung auf den Deckflächen oder als Bestandteil der Deckflächen vorliegen.
Der erfindungsgemäße sandwichartige Verbundwerkstoff kann in vielen Anwendungsgebieten eingesetzt werden, beispielhaft seien hierbei der Einsatz in akustischen Deckenplatten und Trennwänden, in Leichtbau Paneele für den Caravanbau, der Möbelbau, im Automobilen Interieur z. B. als feuchteresistenter Ersatz von Papierwaben wie auch für die Erhöhung des Leichtbaupotentials im automobilen Exterieur, z. B. im Unterboden. Auch im Baubereich (z. B. Gerüstbau) ist durch das erfindungsgemäße Material das Leichtbaupotential und die Erhöhung des Life Cycles des Materials (bessere Reparaturfähigkeit gegenüber aufquellendem Holz) genannt. Durch entsprechende Modifikation der Rindersysteme, z. B. durch Zusatz flammhemmender Additive, findet das Leichtbaupotential auch Anwendungen im öffentlichen Transportwesen (z. B. Zug, Bus, Flugzeug).
Durch entsprechende weitere Ausrüstung, z. B. Füllen des Zwischenraums der zwischen den Deckschichten durch den Wabenkern gebildet wird, mit thermischem Isoliermaterial, z. B. Schäumen oder anderen Materialien mit einer geringen Wärmeleitung, sind weitere Anwendungen möglich.
Allgemeine Messmethoden:
Luftdurchlässigkeit:
Die Luftdurchlässigkeit wird gemäß DIN EN ISO 9237 bestimmt.
Flächengewicht:
Das Flächengewicht wird gemäß DIN EN ISO 29073-1 bestimmt.
Messung Faserdurchmesser:
Der Faserdurchmesser wird gemäß DIN EN ISO 1973 (Stand 1995) bestimmt.
Messung Kantensteifigkeit:
Die Kantensteifigkeit wird in Anlehnung an die Bestimmung des Kantenstauchwiderstands von Papieren für Wellpappeanwendungen (siehe Corrugated Crush test CCT: Tappi T-824, Scan P42) ermittelt. Dazu wurde ein spezieller Testaufbau gewählt. Das zu messende Spinnvlies wird in Streifen von 100 × 200 mm (B × L) geschnitten und in eine Halterung mit wellenformiger Oberfläche derart eingespannt, dass das Material in definierte Wellen vorliegen (Radius 10 mm = 10 mm tief, 10 mm breit). Dabei werden 85 mm des 100 mmm breiten Materials eingespannt, 15 mm des Vlieses liegen in Wellen gebogen frei. Die Messung erfolgt mit Hilfe eines Stempels, der mit definierter Geschwindigkeit (50 mm/min) einen Flächendruck auf die in Wellen liegende, freie Oberkante des Nonwovens Materials erzeugt.
Der entsprechende Wert entspricht dem Kantendruck bzw. der Kantensteifigkeit. Die spezifische Kantensteifigkeit errechnet sich aus dem Kantendruck [N] und dem Flächengewicht [g/m²] der Probe.
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

EP 0512433 A [0006]
WO 2006/026971 [0006]
WO 89/10258 [0007]
DE 3940713 A [0022]
EP 446822 [0036]
EP 0590629 A [0036]
EP 1792014 [0050, 0057]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

EN-ISO 9237 [0013]
EN-ISO 9237 [0029]
DIN 29073, Teil 3 [0030]
DIN 29073, Teil 3 [0031]
EN-ISO 9237 [0065]
EN-ISO 9237 [0067]
EN-ISO 9237 [0071]
EN-ISO 9237 [0079]
EN-ISO 9237 [0085]
DIN EN ISO 9237 [0091]
DIN EN ISO 29073-1 [0092]
DIN EN ISO 1973 (Stand 1995) [0093]

Claims

Verwendung eines Spinnvlies auf Basis von thermoplastischen organischen Synthesefasern zur Herstellung von Wabenkern-Werkstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass a) das eingesetzte Spinnvlies ein Flächengewicht zwischen 50 und 500 g/m², vorzugsweise zwischen 100 und 300 g/m², aufweist, wobei sich die vorstehenden Angaben auf ein Spinnvlies ohne chemische Binder und sonstige Additive bezieht, b) das eingesetzte Spinnvlies aus Fasern gebildet wird, die einen Titer im Bereich 1,0 bis 20 dtex, vorzugsweise 1,5 bis 10 dtex, aufweisen, c) das eingesetzte Spinnvlies keine chemischen Binder umfasst, d) das eingesetzte Spinnvlies mindestens einen thermoplastischen Binder umfasst, dessen Schmelzpunkt min. 10°C, vorzugsweise min. 20°C, insbesondere mindestens 30°C unterhalb des Schmelzpunktes der Fasern gemäß b) liegt, mindestens jedoch 170°C beträgt, um damit die Temperaturbeständigkeit erhalten bleibt, e) das eingesetzte Spinnvlies eine Luftdurchlässigkeit im Bereich von 5–2000 l/m²sec, bevorzugt 100–300 l/m²sec @ 200 Pa gemessen gemäß EN-ISO 9237 besitzt.
Verwendung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das eingesetzte Spinnvlies nur Fasern aus schmelzspinnbaren, thermoplastischen organischen Polymeren, vorzugsweise mit einem Schmelzpunkt von mindestens 200°C, aufweist.
Verwendung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das eingesetzte Spinnvlies aus Fasern aus Polyamid, Polycaprolactam, aromatische oder teilaromatische Polyamide, aliphatische Polyamide, teilaromatische oder vollaromatische Polyester, Polyphenylensulfid (PPS), Polymere mit Ether- und Keto-gruppen, besteht.
Verwendung gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das eingesetzte Spinnvlies aus Polyester, vorzugsweise aus flammhemmend modifizierten Polyester, besteht.
Verwendung gemäß Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das eingesetzte Spinnvlies eine Höchstzugkraft (in Längsrichtung) von mindestens 100 N/5 cm, besonders bevorzugt mindestens 200 N/5 cm, aufweist (gemessen gemäß DIN 29073, Teil 3).
Verwendung gemäß Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das eingesetzte Spinnvlies eine Höchstzugkraft (in Querrichtung) von mindestens 50 N/5 cm, besonders bevorzugt mindestens 100 N/5 cm, aufweist, gemessen gemäß DIN 29073, Teil 3.
Verwendung gemäß Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an thermoplastischen Binder 10–50 Gew.-%, vorzugsweise 10–30 Gew.-%, beträgt, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Spinnvlieses.
Verwendung gemäß Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Binder in Form einer separaten Binderfaser, eines Granulates oder in Form der niedrigschmelzenden Komponente einer Bikomponentenfaser eingebracht vorliegt.
Verwendung gemäß Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Binder aus der Gruppe der Polyester ist und eine gegenüber dem Vliesstoff-Rohstoff um 10 bis 50°C, vorzugsweise 30 bis 50°C abgesenkte Schmelztemperatur aufweist.
Wabenkern-Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass dieser aus einem Spinnvlies hergestellt wurde, wobei a) das eingesetzte Spinnvlies ein Flächengewicht zwischen 50 und 500 g/m², vorzugsweise zwischen 100 und 300 g/m², aufweist, wobei sich die vorstehenden Angaben auf ein Spinnvlies ohne chemische Binder und sonstige Additive bezieht, b) das eingesetzte Spinnvlies aus Fasern gebildet wird, die einen Titer im Bereich 1,0 bis 20 dtex, vorzugsweise 1,5 bis 10 dtex, aufweisen, c) das eingesetzte Spinnvlies keine chemischen Binder umfasst, d) das eingesetzte Spinnvlies mindestens einen thermoplastischen Binder umfasst, dessen Schmelzpunkt min. 10°C, vorzugsweise min. 20°C, insbesondere mindestens 30°C unterhalb des Schmelzpunktes der Fasern gemäß b) liegt, mindestens jedoch 170°C beträgt, um damit die Temperaturbeständigkeit erhalten bleibt, e) das eingesetzte Spinnvlies eine Luftdurchlässigkeit im Bereich der unverschweißten Bereiche der Wabenzelle im Bereich von 5–2000 l/m²sec, bevorzugt 100–300 l/m²sec @ 200 Pa gemessen gemäß EN-ISO 9237 besitzt.
Wabenkern-Werkstoff gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass dieser eine Kantensteifigkeit von > 1 aufweist.
Wabenkern-Werkstoff gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass dieser bei einem Raumgewicht von 20–70 kg/m³ eine Druckfestigkeit von > 0,8 MPa aufweist.
Wabenkern-Werkstoff gemäß Anspruch 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das eingesetzte Spinnvlies, das keinen chemischen Binder umfasst zusätzlich zu dem thermoplastischen Binder mit mindestens einem weiteren Binder ausgerüstet ist.
Verfahren zur Herstellung des Wabenkern-Werkstoff gemäß den Ansprüchen 10 bis 13, umfassend die Schritte: (a) Bereitstellen eines thermofusionierbaren Spinnvlieses (14), (b) Verschweißen zweier Bahnabschnitt (14a) (16) des thermofusionierbaren Spinnvlieses (14) durch Verbinden einer Mehrzahl von Verbindungsabschnitten (16), (c) Verschweißen der zusammengefügten Bahnabschnitte (14a), (14b) mit einem nächsten Bahnabschnitt (14c) nach dem gleichen Verfahren, wobei die neuen Verbindungsabschnitte (16) versetzt (H) zu den zuvor ausgebildeten Verbindungsabschnitten (16) angeordnet sind, (d) beliebig häufiges Wiederholen von Schritt (c), (e) Erwärmen des nach Schritt (d) erhaltenen Verbundes, (f) Auffächern des erwärmten Verbundes gemäß (e) zum Wabenkern-Werkstoff (10), (g) Abkühlen des aufgefächerten Wabenkern-Werkstoff (10) zur Fixierung der gebildeten Wabenkerne, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (a) eingesetzte Spinnvlies I) ein Flächengewicht zwischen 50 und 500 g/m² aufweist, wobei sich die vorstehenden Angaben auf ein Spinnvlies ohne chemische Binder und sonstige Additive bezieht, II) das Spinnvlies aus Fasern gebildet wird, die einen Titer im Bereich 1,0 bis 20 dtex, vorzugsweise 1,5 bis 10 dtex, aufweisen, III) das Spinnvlies keine chemischen Binder umfasst, IV) das Spinnvlies mindestens einen thermoplastischen Binder umfasst, dessen Schmelzpunkt min. 10°C, vorzugsweise min. 20°C, insbesondere mindestens 30°C unterhalb des Schmelzpunktes der Fasern gemäß II) liegt, mindestens jedoch 170°C beträgt, um damit die Temperaturbeständigkeit erhalten bleibt, V) das Spinnvlies eine Luftdurchlässigkeit im Bereich von 5–2000 l/m²sec, bevorzugt 100–300 l/m²sec @ 200 Pa gemessen gemäß EN-ISO 9237 besitzt, und VI) das Erwärmen gemäß Schritt e) auf einen Temperatur entsprechend der Schmelztemperatur des thermoplastischen Binders bzw. der Schmelzbinderfasern (Untergrenze) und min. 10°C unterhalb der Schmelztemperatur der Trägerfasern (Obergrenze).
Verfahren zur Herstellung des Wabenkern-Werkstoff gemäß den Ansprüchen 10 bis 13, umfassend die Schritte: (a) Bereitstellen eines thermofusionierbaren Spinnvlieses (14), (b) Verschweißen zweier Bahnabschnitt (14a) (16) des thermofusionierbaren Spinnvlieses (14) durch Verbinden einer Mehrzahl von Verbindungsabschnitten (16), (c) Verschweißen der zusammengefügten Bahnabschnitte (14a), (14b) mit einem nächsten Bahnabschnitt (14c) nach dem gleichen Verfahren, wobei die neuen Verbindungsabschnitte (16) versetzt (H) zu den zuvor ausgebildeten Verbindungsabschnitten (16) angeordnet sind, (d) beliebig häufiges Wiederholen von Schritt (c), (e) Auffächern des nicht erwärmten Verbundes gemäß (d) zum Wabenkern-Werkstoff (10), (f) Aufbringen eines durch chemische Reaktion aushärtenden chemischen Binders, vorzugsweise eines selbstvernetzenden chemischen Binders, wobei das Aufbringen vor oder während der Auffächerung gemäß (e) erfolgt, (g) Aushärten des gemäß (f) aufgebrachten Binders zur Fixierung der gebildeten Wabenkerne, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (a) eingesetzte Spinnvlies I) ein Flächengewicht zwischen 50 und 500 g/m² aufweist, wobei sich die vorstehenden Angaben auf ein Spinnvlies ohne chemische Binder und sonstige Additive bezieht, II) das Spinnvlies aus Fasern gebildet wird, die einen Titer im Bereich 1,0 bis 20 dtex, vorzugsweise 1,5 bis 10 dtex, aufweisen, III) das Spinnvlies keine chemischen Binder umfasst, IV) das Spinnvlies mindestens einen thermoplastischen Binder umfasst, dessen Schmelzpunkt min. 10°C, vorzugsweise min. 20°C, insbesondere mindestens 30°C unterhalb des Schmelzpunktes der Fasern gemäß II) liegt, mindestens jedoch 170°C beträgt, um damit die Temperaturbeständigkeit erhalten bleibt, V) das Spinnvlies eine Luftdurchlässigkeit im Bereich von 5–2000 l/m²sec, bevorzugt 100–300 l/m²sec @ 200 Pa gemessen gemäß EN-ISO 9237 besitzt.
Verwendung des Wabenkern-Werkstoffes gemäß den Ansprüchen 10 bis 13 zur Herstellung von sandwichartigen Verbundwerkstoffen.
Verbundwerkstoff umfassend: (i) mindestens einen Wabenkern-Werkstoff und (ii) mindestens zwei Deckschichten, welche durch einen Wabenkern-Werkstoff getrennt miteinander flächig verbunden sind, (iii) die Verbindung des Wabenkern-Werkstoffes und der Deckschichten mittels eines Binders erfolgt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Waben aus einem mit thermoplastischen Binder verfestigten Spinnvlies bestehen und I) das Spinnvlies ein Flächengewicht zwischen 50 und 500 g/m² aufweist, wobei sich die vorstehenden Angaben auf ein Spinnvlies ohne chemische Binder und sonstige Additive bezieht, II) das Spinnvlies aus Fasern gebildet wird, die einen Titer im Bereich 1,0 bis 20 dtex, vorzugsweise 1,5 bis 10 dtex, aufweisen, III) das Spinnvlies keine chemischen Binder umfasst, IV) das Spinnvlies mindestens einen thermoplastischen Binder umfasst, dessen Schmelzpunkt min. 10°C, vorzugsweise min. 20°C, insbesondere mindestens 30°C unterhalb des Schmelzpunktes der Fasern gemäß II) liegt, mindestens jedoch 170°C beträgt, um damit die Temperaturbeständigkeit erhalten bleibt, V) das Spinnvlies eine Luftdurchlässigkeit im Bereich der unverschweißten Bereiche der Wabenzelle im Bereich von 5–2000 l/m²sec, bevorzugt 100–300 l/m²sec @ 200 Pa gemessen gemäß EN-ISO 9237 besitzt
Verwendung von Mischungen aus Monomeren und/oder Oligomeren Verbindungen die zu thermoplastischen Polymeren polymerisieren oder polykondensieren zur Verfestigung von Wabenkernen.