DE102018101321B3 - Dilour-Teppich mit erhöhten Gebrauchswert-Eigenschaften - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Nadelvlies-Dilour-Teppich, insbesondere für die Verwendung in der Automobilindustrie, mit verschleißfesterer Oberfläche, der gegenüber herkömmlichen Teppichen für den Kraftfahrzeuginnenraum und Gepäckraum vorteilhafte Eigenschaften aufweist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Nadelvlies-Dilour-Teppich, insbesondere für die Verwendung in der Automobilindustrie, mit verschleißfesterer Oberfläche, der gegenüber herkömmlichen Teppichen für den Kraftfahrzeuginnenraum und Gepäckraum vorteilhafte Eigenschaften aufweist.
  • Die Erhöhung der Gebrauchswert-Eigenschaften, insbesondere des Abriebverhaltens nach der Verformung des Teppichs zum entsprechenden Bauteil (unter anderem Bodenverkleidung, Fußmatte, Gepäckraumseitenverkleidung sowie Ladeboden eines Kraftfahrzeuges) stehen bei der Entwicklung im Vordergrund.
  • Das Verschleißverhalten bei Teppichen, insbesondere bei zu einem Bauteil verformten Teppichen wird durch eine Vielzahl von Einflussgrößen bestimmt.
    In der nachfolgenden Tabelle wird hierzu ein Überblick gegeben.
  • Einflussfaktoren auf das Verschleißverhalten eines verformten Dilour-Teppichs zur hinterschäumten Bodenverkleidung:
  • Tabelle:
    Faserherstellung Teppichherstelung Verformung Hinterschäumen Prüfgerät, Taber Abraser
    Sortenreinheit „bottle flakes“ Avivage Platinengröße/Greifersystem Schäumformtemp eratur Reibrollen
    Fasermix <>Auszugsgrade Vorbehandlung
    Verschmutzungsgrad BiCo-Anteil Temperatur-Zeit-Verhalten Schaumkomponenten-Temperatur (abziehen mit Schmirgelpapier)
    „bottle flakes“ Faserlänge Florseitige Temperatur
    Masterbatchtype Faserfeinheit/-verteilung Spaltmaß in Kaschierpresse/Kontaktheizfeld und Verformungswerkzeug Durchmesser
    Feuchtegehalt Karde/Vorvernadelungsparameter Schaumrezeptur Kantenausführung
    Scher-/Thermische Belastung Nadeltypkombination Formschlüssige (gebrochen/ungebrochen)
    Nadel/Bürstenqualität Positionierung
    Abzieh-/Verstreckparameter Einseitige/doppelseitige Vernadelung Trennmitteltype Absaugung
    Stichtiefe Leistung 75%
    Spinnpräparation Stichdichte Höhe über Probenmaterial
    Molekulare Orientierung / Kristallinität Grammatur
    Einbindungsmaterial Spannring anwenden
    Mechanischen Eigenschaften Einbindungsmenge/-Konzentration Geräteausführung (single/dual)
    Einbindungstechnologie
    Kräuselung Einbindungspenetration Klimatisierung
    Verschleiß/Verschmutzung Trocknungsparameter
    Düsenplatte Scherprozeß
    TemperaturEinstellung/Schrumpf Polhöhe/-Dichte
    Beschichtungsprozeß (Material, Technologie)
    Faserquerschnittsgeometrie
    Färbetechnologie Qualitäten Unterschichten
  • Bei den auf dem Markt befindlichen Kraftfahrzeugen findet man verschiedene Ausprägungen von Teppichböden, insbesondere Tufting-, Dilour- und Flachnadelvlies-Teppiche, vor. Bei Tufting-Teppichen wird insbesondere PA6.6, PA6, PP, rPA und PET sowie rPET sowie die biobasierenden Polyamide (PA 5.10; PA 6.10); und bei den Dilour- und Flachnadelvlies-Teppichen PET, PET/PP, PP, PA/PET und rPET vorwiegend eingesetzt.
  • Im Stand der Technik sind Verfahren zur Herstellung von Dilour (Velours)-Teppichen bekannt, siehe unter anderem DE 44 09 771 A1 , DE 29 00 935 C2 und DE 10 2008 026 968 A1 .
  • Bei der Anwendung dieser Teppiche, insbesondere im Fahrgastraum bei der Bodenverkleidung und im Gepäckraum beim Ladeboden sowie der Seitenverkleidung, steht das Verschleißverhalten im Fokus.
  • Hier ist die Verschleißfestigkeit im „Taber-Test“ (Abriebfestigkeit) von besonderer Bedeutung. Beurteilt werden die Oberfläche (Farbänderung nach Graumaßstab, Beschaffenheit des Faserflauschs) und der Gewichtsverlust bei unterschiedlichen Touren.
  • Bei der Herstellung eines flachen Nadelvlieses werden Stapelfasern nach einer Vliesbildung mittels Krempel und Kreuzleger über vielfaches Vernadeln zwischen zwei Metallplatten verfestigt. In einem weiteren Arbeitsschritt, mittels nochmaliger Vernadelung in ein Bürstenband, kann aus diesem flachen Nadelvlies ein Dilournadelvlies erzeugt werden. Bei beiden Varianten ist es für eine gute Endfestigkeit notwendig, die Stapelfasen nach dem Vernadeln, thermisch oder chemisch einzubinden.
  • Ein Dilour-Teppich unterscheidet sich von einem Nadelvlies-Teppich durch eine hochwertigere Optik und Haptik, sowie ein verbessertes Verschleißverhalten.
  • Die Einbindung der Fasern erfolgt mittels geschäumten Latex oder Acrylat sowie PE. Als weitere Beschichtungsmaterialien im Verbund finden PE oder ein EVA/PE-Gemisch Anwendung. Bei der Einbindung mittels PE-Extrusion (direkt extrudierter PE-Folie/Schicht) werden die Fasern angeschmolzen, somit entsteht eine „starr“ verhakte Pol-/Faserunterseite. Auch kann das Bindematerial (PE) nur bedingt teilweise in den Faserverbund eindringen. Bei der Verformung des Teppichs kann es zum Brechen der „starr“ verhakten Faserunterseite kommen, und damit das Verschleißverhalten und natürlich die Optik drastisch verschlechtert werden. Die Bodenverkleidung, die Gepäckraumverkleidung sind damit unbrauchbar.
  • Weiterhin besteht folgender Nachteil der Faser-Einbindung beim Dilour-Teppich mittels Folie bzw. Extrusionsfolie:
  • Um eine Verbindung zwischen den PET-Fasern an der Unterseite des Teppichs zu erzielen, muss diese praktisch angeschmolzen werden. Das hat jedoch zur Folge, dass die Fasern im unteren Bereich nicht nur plastifiziert verklebt, sondern „glasartig“ angeschmolzen sind. Hieraus erklärt sich auch die Verschlechterung der Abriebwerte und somit der höhere Verschleiß. Die Einzelfaser verliert über eine kurze, aber wichtige Distanz ihre guten technologischen Eigenschaften (Dehnung, Reißkraft, etc.). Im Belastungsfall kann es vermehrt zu Faserbruch führen. Die steife Extrusionsfolie (starre Fixierung) neigt zum „Bimetalleffekt“ im Formteil und resultiert in weniger Formstabilität bei Temperaturschwankungen. Auch besteht die Gefahr für Faser-/Filamentbruch.
  • Auch brechen die verschmolzenen Fasern bei der Verformung zum Bauteil; bei Anwendung der „Fasereinbindung“ nach EP 1 598 476 B1 .
  • Des weiteren finden Heißkleber und thermoplastische Dispersionen Anwendung.
  • Speziell in WO 2017/061970 A1 wird auf das Einbinden des Teppichs mittels Bikomponenten (BiCo)-Fasern eingegangen. Hier wird die Optimierung der (BiCo-)Faserfixierung durch den Einsatz spezieller Schlitzdüsen im Trockenofen beschrieben.
  • Ein kombinierter Einsatz von Latex und BiCo-Faser ist in praxi ebenfalls üblich.
  • In WO 2017/114808 A1 und WO 2017/114807 A1 wird ein Teppichaufbau im Bereich von 100 bis 300 g/m2 Fasergewicht mit multilobalen Fasern und guter Abriebfestigkeit beschrieben. Anwendung finden unter anderem Fasern mit rundem und trilobalem Querschnitt. Als Einbindung werden Latex, Bindefaser, Pulver oder Folien angeführt.
  • Der bei der Herstellung von insbesondere Bodenverkleidungen für den Automobilbau anzuwendendem Materialaufbau (einzusetzender Fasermix, Faserfeinheit, Faserlänge, Grammatur, Bindemittel, etc.) ist in den Technischen Liefervorschriften der Automobilhersteller angeführt.
  • Bei den heute auf dem Markt / im Automobil befindlichen, zum Bauteil verformten Dilour-Teppichen, stellt man fest, dass die in den Spezifikationen der Automobilhersteller festgeschriebenen „Verschleißwerte“ nicht beziehungsweise nur grenzlastig eingehalten werden können.
  • Man versuchte bisher einerseits durch die Art der Vorvernadelung der Vliese (einseitig, beidseitig, unterschiedliche Nadeldichte und Stichtiefe) sowie den Fasermix, die Kombination der Nadeltypen bei der Dilourisierung und andererseits insbesondere durch die Art und Weise der Fasereinbindung (siehe u.a. WO 2017/061970 A1 , EP 1 598 476 B1 ; WO 2005/024122 A1 ; WO 2010/001043 A1 ; WO 2012/135909 A1 ; WO 2016/113488 A1 ) bis hin zum Optimieren des Temperatur-ZeitVerhaltens ( DE 10 2012 101 925 B4 , DE 25 01 366 A1 ) sowie der Werkzeugspaltweite bei der Verformung der Teppiche, inklusive Unterschichten den Anforderungen an ein Bauteil gerecht zu werden.
  • Jedoch kommt es -bei der Prüfung des Verschleißverhaltens mittels Taber-Test- häufig zum Abscheren der Fasern bis auf Grund.
  • In WO 2017/114808 A1 und WO 2017/114807 A1 wird auf die Faser-Querschnitt-Struktur im Fasermix sowie im Schichtverbund eingegangen.
  • Die angeführten Einbindungsarten sind Stand der Technik; auch die Faser-Querschnitt-Strukturen findet man im Stand der Technik ( WO 2013/171099 A1 , WO 00/12789 A1 , WO 01/90452 A1 ).
  • Eine Betrachtung des Zusammenspiels -hangs zwischen Material, Verarbeitungshilfsmitteln, Faserstruktur, Vernadelungsparametern und Einbindung ist im Stand der Technik nicht dargelegt, insbes. nicht im Hinblick auf die Erhöhung der Gebrauchswerteigenschaften des Teppichs beziehungsweise des verformten Teppichs zum Bauteil.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Dilour-Teppich, einschließlich des Verfahrens zur Herstellung des Dilour-Teppich - ausgehend von der Faser über die Vernadelung bis zur Einbindung der Fasern - insbesondere für den automobilen Markt bereitzustellen, der nach der Verformung zum Bauteil den aktuellen spezifizierten (Verschleiß-)Anforderung der Automobilhersteller gerecht wird.
  • In einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird die vorgenannte Aufgabe der vorliegenden Erfindung gelöst durch einen geschorenen Dilour-Teppich aus PET-Fasern mit einem Faserendgewicht im Bereich von 300 bis 800 g/m2, die gegebenenfalls 5 bis 25 Gew.-% Bikomponenten-Fasern enthalten, wobei
    der Titer der PET-Fasern in einem Bereich von 3,3 bis 22 dtex liegt, die Faserlänge der PET-Fasern zwischen 45 und 90 mm beträgt, die Faserhöhe der PET-Fasern über Grund (Florhöhe/Polschichtdicke) 2,5 bis 6 mm beträgt,
    der dadurch gekennzeichnet ist, dass
    die PET-Fasern oberflächlich mit einer Spinnpräparation von 0,2 bis 0,7 Gew.-% bezogen auf das Fasergewicht beaufschlagt sind;
    die Faserkräuselung der PET-Fasern zwischen 2 und 7 Crimps pro Zentimeter beträgt;
    die Faserkristallinität der PET-Fasern 25% bis 40% beträgt;
    die Dilour-Vernadelung der PET-Fasern des Teppichs mit Gabel-/Kronen- oder Gabel-/Gabelnadeln erfolgt;
    die PET-Fasern des Teppichs senkrecht zum Fasergrund austreten und die PET-Fasern des Teppichs mit EVA oder einer thermoplastischen Dispersion oder einem nicht-vernetzenden Acrylat bei einer Auftragsmenge von 50 bis 160 g/m2 eingebunden sind.
  • Ausgehend von den Haupteinflussgrößen, die das Verschleißverhalten maßgeblich bestimmen, wurde überraschender Weise festgestellt, dass man bei Beachtung der obigen Korrelationen/Wechselwirkungen der Einflussgrößen eine deutliche Verbesserung der GebrauchsEigenschaften erzielen kann.
  • Insbesondere findet man eine deutliche Beeinflussung auf das Verschleißverhalten bei Abstimmung folgender Einflussgrößen aufeinander:
    • - Spinnpräparation
    • - Faserkräuselung
    • - Faserkristallinität
    • - Nadeltypkombination
    • - Faseraustrittswinkel
    • - Einbindung
  • Selbstverständlich ist bei der Verformung des Teppichs (inkl. Unterschichten) das Temperatur-Zeitregime und das Werkzeugspaltmaß mitbestimmend für das Verschleißverhalten.
  • Zu beachten sind insbesondere das Zusammenwirken / die gegenseitige Beeinflussung von:
    • ♦ Aufgabe der Spinnpräparation
      • Verbesserung der Spinnfähigkeit (Antistatische Ausrüstung - Verhinderung der elektrostatischen Aufladung der Fasern, Prozessstabilität, Reduzierung der Faserabrisse...)
      • Reduzierung des Haft- und Gleitreibungskoeffizienten der Filamentoberfläche gegenüber Reibpartnern. Zu beachten ist bei der Auslegung der Präparation, dass die Vernadelung und Einbindung nicht negativ beeinflusst wird.
      • Abstimmung der Avivage und der Faserpräparation, die vor bzw. nach der Vernadelung aufgebracht wird, hinsichtlich der Oberflächenspannung.
  • Wird zu viel Spinnpräparation auf die Fasern aufgebracht, so kann keine Verbindung Latex/Acrylat zur Faser erfolgen, so dass keine stabile Einbindung gewährleiste wird.
    • ♦ Einfluß der Faserkristallinität
      • - Die anzustrebende Faserkristallinität sollte im Bereich zwischen 25 % bis 40 % liegen.
      • - Mit steigender Kristallinität steigt die Steifigkeit und sinkt die Deformierbarkeit der Faser.
  • Parallel sinken die Feuchteaufnahmefähigkeit und das durch das Wasser vermittelte verbesserte Deformationsverhalten.
    • - Zu niedrige Kristallinität führt zur Ausbildung von Nahordnungsstrukturen in der amorphen Phase auch unterhalb der Glasübergangstemperatur, die ihrerseits zur Versprödung führt.
    • - Kristallinität muss vorzugsweise durch Fibrillenkristalle realisiert werden (hohe Orientierung) um die Sprödbruchanfälligkeit eines lamellaren Gefüges zu verhindern.
    • - Stabilisierung des kristallinen Gefüges und Schrumpfabbau zur thermischen Beruhigung durch Temperung nach der Filamentherstellung.
    • ♦ Fasereinbindung
      • - Faserpräparation und Einbindung müssen aufeinander abgestimmt sein um eine optimale Benetzung der Faser und damit eine optimale Fixierung der Faser in der Einbindung zu realisieren. Durch eine fehlende Benetzung der Faser durch die Einbindung können die Fasern im Belastungsfall aus der Einbindung herausgezogen werden.
      • - Die Einbindung sollte insbesondere thermoplastisch sein, um im Thermoformprozess die Geometrieabbildung durch plastische Deformation zu erleichtern und um den Aufbau von Spannungen zu minimieren, die zu Hohllagen und so weiter führen können.
      • - Die Viskosität des Materials der Einbindung sollte hoch genug sein, um ein Einsinken / Abfließen in tiefere Vliesschichten während des Thermoformens zu vermeiden.
      • - Die Temperatur des Glasübergangs der Einbindung sollte deutlich unter dem der Faser liegen, damit im Deformationsfall die Faser nicht am Austrittspunkt aus der steifen Einbindung abbricht. Besser ist das Mitgehen der Einbindung mit der Faser durch elastische / plastische Deformation mit anschließender teilweisen Rückstellung.
      • - Für die Realisierung ausreichender Steifigkeit der Einbindung sollte sie über eine gewisse Kristallinität verfügen und sich unter Umständen mit mineralischen Füllstoffen (Kreide, Talkum) füllen und verstärken lassen. Das Schmelz- und Kristallisationsverhalten muss zum Thermoformprozess passen, damit die Wärmezufuhr ausreicht, um die plastische Verformung zu realisieren und in der Abkühlphase ausreichend Steifigkeit realisiert wird, damit das Bauteil geometriestabil genug für die Entformung ist.
  • Zu starke Vernetzung des Latex hat zur Folge, dass das Latexgefüge bricht und man somit eine schlechte Einbindung vorfindet. Die Fasern können sich nicht im Latexgefüge bewegen (bei Verformung) und Fasern brechen.
  • Ausführungsbeispiel 1:
  • Hergestellt wurde ein geschorener 540 g/m2 (Faserendgewicht) PET-Teppich.
  • Bei der Faserherstellung wurde darauf geachtet, dass die verwendeten „bottle flakes“ gut sortiert und ohne Verunreinigungen/Kontaminierungen waren. Als Spinnpräparation wurde ein Fettsäurepolyglykolester mit antistatischer Komponente eingesetzt; zu 0,5 Gew.-%.
    Die Faserfeinheiten der eingesetzten Fasern betrug 20 Gew.-% 6,7 dtex und 80 Gew.-% 13 dtex; die Kristallinität der Fasern lag zwischen 35 und 37%; und die Kräuselung lag zwischen 2 und 4 Crimps pro cm. Die Faserlänge betrug 65 mm. Die Vorvernadelung erfolgte mit 120 E/cm2 und die Dilourisierung mit 680 E/m2, bei Nutzung von Gabel-/Gabelnadeln. Der Faseraustrittswinkel war senkrecht zum Fasergrund.
  • Die Einbindung der Fasern erfolgte mittels Foulard. Es wurden 100 g/m2 handelsübliches nicht-vernetzendes Acrylat aufgetragen.
  • Geschoren wurde der Teppich auf 4 mm Faserhöhe über Grund (Florhöhe/Polschichtdicke).
  • Die Prüfung der Teppich-Rollenware mittels Taber-Abraser (H18, 1000 g) zeigte bei 2000 Touren eine sehr gute Oberflächengüte die vollkommen in der Spezifikation der Automobilhersteller (dort gefordert 1000 Touren) lag.
    Nach der Verformung dieses Teppichs, kaschierte man mit 700 g/m2 Schwerfolie und 154 g/m2 Kontaktvlies (PE/PA/PE+PET) zu einer Bodenverkleidung. Diese zeigte das Abriebverhalten einer Oberflächengüte gemäß einer Spezifikation bei 1600 Touren.
  • Ausführungsbeispiel 2:
  • Hergestellt wurde ein geschorener 700 g/m2 (Faserendgewicht) PET-Teppich.
  • Bei der Faserherstellung wurde ebenfalls darauf geachtet, dass die verwendeten „bottle flakes“ gut sortiert und ohne Verunreinigungen/Kontaminierungen waren. Als Spinnpräparation wurde ein handelsüblicher Fettsäurepolyglykolester mit antistatischer Komponente eingesetzt; zu 0,6 Gew.-%.
  • Die Faserfeinheiten der eingesetzten Fasern betrugen 60 Gew.-% 11 dtex, 30 Gew.-% 17 dtex und 10 Gew.-% 4,4 dtex (BiCo-Faser); die Kristallinität der 11 und 17 dtex-Fasern lag zwischen 32 und 35%; und die Kräuselung lag zwischen 3 und 5 Crimps pro cm. Die Faserlänge betrug 60 mm bei den 11 und 17 dtex-Fasern und bei der BiCo-Faser 51 mm.
  • Die 1. Vorvernadelung erfolgte mit 120 E/cm2 und die 2. Vorvernadelung -von der anderen Seite- (Rolle um 180° gedreht)- mit 100 E/cm2; die Dilourisierung erfolgte mit 750 E/m2 bei Nutzung von Gabel-/Gabelnadeln. Der Faseraustrittswinkel war senkrecht zum Fasergrund.
  • Die Einbindung der Fasern erfolgte zusätzlich zur BiCo-Faser mittels Foulard; es wurden 80 g/m2 handelsübliches nicht-vernetzendes Acrylat aufgetragen.
  • Geschoren wurde der Teppich auf 4 mm Faserhöhe über Grund (Florhöhe/Polschichtdicke).
  • Die Prüfung der Teppich-Rollenware mittels Taber-Abraser (H18, 1000 g) zeigte bei 2000 Touren eine sehr gute Oberflächengüte, die voll in Spezifikation der Automobilhersteller (dort gefordert 1000 Touren) lag. Der Gewichtsverlust betrug 0,23 g.
  • Nach der Verformung dieses Teppichs, wurde mit 2000 g/m2 Schwerfolie und 154 g/m2 Kontaktvlies (PE/PA/PE+PET) zu einer Bodenverkleidung kaschiert. Diese zeigte das Abriebverhalten einer Oberflächengüte gemäß einer Spezifikation bei 1500 Touren.
  • Der Gewichtsverlust betrug 0,35 g.

Claims (4)

  1. Geschorener Dilour-Teppich aus PET-Fasern mit einem Faserendgewicht im Bereich von 300 bis 800 g/m2, die gegebenenfalls 5 bis 25 Gew.-% Bikomponenten-Fasern enthalten, wobei der Titer der PET-Fasern in einem Bereich von 3,3 bis 22 dtex liegt, die Faserlänge der PET-Fasern zwischen 45 und 90 mm beträgt, die Faserhöhe der PET-Fasern über Grund (Florhöhe/Polschichtdicke) 2,5 bis 6 mm beträgt, dadurch gekennzeichnet dass die PET-Fasern oberflächlich mit einer Spinnpräparation von 0,2 bis 0,7 Gew.-% bezogen auf das Fasergewicht beaufschlagt sind; die Faserkräuselung der PET-Fasern zwischen 2 und 7 Crimps pro Zentimeter beträgt; die Faserkristallinität der PET-Fasern 25% bis 40% beträgt; die Dilour-Vernadelung der PET-Fasern des Teppichs mit Gabel-/Kronen- oder Gabel-/Gabelnadeln erfolgt; die PET-Fasern des Teppichs senkrecht zum Fasergrund austreten und die PET-Fasern des Teppichs mit EVA oder einer thermoplastischen Dispersion oder einem nicht-vernetzenden Acrylat bei einer Auftragsmenge von 50 bis 160 g/m2 eingebunden sind.
  2. Dilour-Teppich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die PET-Fasern einen runden, trilobalen oder quadrilobalen Faserquerschnitt aufweisen.
  3. Dilour-Teppich nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die PET-Fasern Hohlfasern umfassen oder Hohlfasern sind.
  4. Dilour-Teppich nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieser (akustisch) strömungsoffen ist.
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