DE102018113890A1

DE102018113890A1 - Verbundplatte und entsprechendes Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102018113890A1
Application number: DE102018113890.3A
Authority: DE
Inventors: Xavier Toneu Garcia Carreno
Original assignee: Faurecia Innenraum Systeme GmbH
Current assignee: Faurecia Innenraum Systeme GmbH
Priority date: 2018-06-11
Filing date: 2018-06-11
Publication date: 2019-12-12
Also published as: CN110576650A; ES2736056R1; ES2736056A2

Abstract

Diese Verbundplatte (2) umfasst eine erste Versteifungsschicht (4), umfassend Fasern einer ersten Art von Fasern (12), und eine Abstandschicht (6). Die Abstandschicht (6) umfasst ein thermoplastisches Abstands-Bindermaterial (20) und Fasern einer Abstandschicht-Faserart (22), die verschieden von der ersten Art von Fasern ist. Jede der Abstandschicht und der ersten Versteifungsschicht umfasst nur eine einzige Art der Arten von Fasern, ausgewählt aus Kohlenstofffasern und natürlichen Fasern.Anwendung auf Platten für die Automobilindustrie.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbundplatte, umfassend eine erste Versteifungsschicht, umfassen Fasern einer ersten Art von Fasern und eine Abstandschicht.
EP2762623 offenbart ein funktionales Mehrzweck-Vliesgewebe, umfassend zwei äußere Schichten, hergestellt aus einer Baumwollschicht aus verkohlten Fasern und einer Zwischenschicht aus natürlicher Baumwolle. Andere Gewebe oder Platten sind aus JP2012-193466 , US2015/064395 , DE102014107881A1 und WO2017/23764 bekannt.
Die bekannten Gewebe oder Platten sind nicht völlig zufriedenstellend, und es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Platte bereitzustellen, die ein relativ geringes Gewicht hat, steif und kostengünstig herzustellen ist. Die Platte gemäß der Erfindung sollte vorzugsweise umweltfreundlich sein und wenig Ressourcen verbrauchen.
Um mindestens eine der oben angegebenen Aufgaben zu erzielen, betrifft die Erfindung eine Verbundplatte, wie oben definiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandschicht ein thermoplastisches Abstands-Bindermaterial und Fasern einer Abstandschicht-Faserart umfasst, die verschieden von der ersten Art von Fasern ist, und dadurch dass
jede der Abstandschicht und der ersten Versteifungsschicht nur eine einzige Art der Arten von Fasern umfasst, ausgewählt aus Kohlenstofffasern und natürlichen Fasern.
Gemäß spezifischen Ausführungsbeispielen kann die Verbundplatte gemäß der Erfindung eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen, alleine oder zusammen in allen technisch möglichen Kombinationen:

- eine zweite Versteifungsschicht, umfassend nur eine einzige Art der Arten von Fasern, ausgewählt aus Kohlenstofffasern und natürlichen Fasern, wobei eine einzige Art von Fasern Fasern der ersten Art von Fasern sind, und wobei die Abstandschicht zwischen der ersten Versteifungsschicht und der zweiten Versteifungsschicht angeordnet ist;
- die erste Art von Fasern aus Kohlenstofffaser ist;
- die Abstandschicht-Faserart ist natürliche Faser;
- die Kohlenstofffasern in der ersten Versteifungsschicht mindestens 35 Gew% der ersten Versteifungsschicht ausmachen;
- die Kohlenstofffasern in der zweiten Versteifungsschicht mindestens 35 Gew% der zweiten Versteifungsschicht ausmachen;
- die natürlichen Fasern in der Abstandschicht zwischen 40 Gew% und 60 Gew% der Abstandschicht ausmachen;
- die erste Versteifungsschicht ein erstes thermoplastisches Bindermaterial umfasst, wobei es sich um das gleiche Material wie das thermoplastische Abstands-Bindermaterial, insbesondere Polypropylen, handelt.
- das erste thermoplastische Bindermaterial bis zu 65 Gew% der ersten Versteifungsschicht ausmacht;
- die erste Versteifungsschicht ein Bindemittel umfasst, das geeignet ist, um die Haftung der Kohlenstofffasern an das erste thermoplastische Bindermaterial zu erhöhen;
- die erste Versteifungsschicht und die zweite Versteifungsschicht eine identische Zusammensetzung aufweisen, d. h. die chemische Zusammensetzung identisch ist, und/oder die erste Versteifungsschicht und die zweite Versteifungsschicht die gleiche Dicke aufweisen;
- die erste Art von Fasern recycelte Fasern ist und/oder die zweite Art von Fasern recycelte Fasern ist;
- das thermoplastisches Abstands-Bindermaterial in der Abstandschicht zwischen 40 Gew% und 60 Gew% der Abstandschicht ausmacht und die zweite Art von Fasern der Abstandschicht zwischen 40 Gew% und 60 Gew% der Abstandschicht ausmacht.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Verbundplatte, wie oben definiert, wobei das Verfahren die folgenden aufeinander folgenden Schritte umfasst:

- Bereitstellen der ersten Versteifungsschicht,
- Bereitstellen der zweiten Versteifungsschicht,
- Bereitstellen einer Abstandschicht,
- Binden der ersten Versteifungsschicht, der Abstandschicht und der zweiten Versteifungsschicht, um eine Sandwichplatte zu bilden, so dass die Abstandschicht zwischen der ersten Versteifungsschicht und der zweiten Versteifungsschicht angeordnet ist, und
- Pressen der Sandwichplatte zu einer Verbundplatte.

Innerhalb des Schutzumfangs dieser Patentanmeldung können die verschiedenen Gesichtspunkte, Ausführungsbeispiele, Beispiele, Merkmale und Alternativen, angegeben in den vorhergehenden Abschnitten, in den Ansprüchen und/oder in der/den folgenden Beschreibung und Zeichnungen unabhängig oder in jeder Kombination davon angewendet werden. Zum Beispiel sind Merkmale, die in Verbindung mit einem Ausführungsbeispiel offenbart werden, auf alle Ausführungsbeispiele anwendbar, außer dort, wo eine technische Inkompatibilität von Merkmalen vorliegt. Auch wird, für jede Kombination von Merkmalen, die offenbart wird, berücksichtigt, dass die Merkmale auch isoliert und individuell oder als jede mögliche Untereinheit der Kombination von Merkmalen verwendet werden können.
Die Erfindung wird im Licht der folgenden Beschreibung von einigen Ausführungsbeispielen besser verstanden, die sich auf die beigefügten Figuren bezieht, die Folgendes zeigen:

- 1 eine schematische Ansicht eines Querschnitts einer Verbundplatte gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine schematische Ansicht eines Querschnitts einer Verbundplatte gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 3 eine schematische Ansicht von Vorrichtungen und Verfahrensschritten, die zur Herstellung einer Verbundplatte gemäß der Erfindung verwendet werden;
- 4, 5, 6 und 7 eine schematische Ansicht von Verarbeitungsschritten und Verarbeitungsvorrichtungen, die verwendet werden, um verschiedene Abschnitte einer Verbundplatte gemäß der Erfindung zu verbinden und die Verbundplatte weiter zu verarbeiten.

1 zeigt schematisch im Querschnitt einen Abschnitt einer Verbundplatte gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, die durch die allgemeine Bezugsnummer 2 bezeichnet ist. Die Verbundplatte 2 umfasst eine erste Versteifungsschicht 4 und eine Abstandschicht 6.
Die Verbundplatte 2 umfasst auch eine dekorative Schicht 10, benachbart der ersten Versteifungsschicht 4, so dass die erste Versteifungsschicht 4 zwischen der dekorativen Schicht 10 und eine Abstandschicht 6 angeordnet ist, aber die dekorative Schicht 10 kann weggelassen werden.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Verbundplatte 2 gemäß der Erfindung. Der Unterschied zwischen dem ersten Auführungsbeispiel und dem zweiten Ausführungsbeispiel ist, dass die zweite Verbundplatte 2 des zweiten Ausführungsbeispielsaußerdem eine zweite Versteifungsschicht 8 umfasst und sie dekorative Schicht 10 nicht umfasst.
Mit anderen Worten kann die Verbundplatte 2 aus der ersten Versteifungsschicht 4, einer Abstandschicht 6 und optional einer zweiten Versteifungsschicht 8 und/oder optional einer dekorativen Schicht bestehen.
Im Folgenden wird die Struktur des ersten Ausführungsbeipiels der Verbundplatte offenbart. Die Struktur wird auch auf die entsprechenden Abschnitte des zweiten Ausführungsbeispiels angewendet.
Die erste Versteifungsschicht 4 umfasst Fasern einer ersten Art von Fasern 12 und ein erstes thermoplastisches Bindermaterial 14. Die erste Versteifungsschicht 4 kann auch ein optionales Bindemittel 16 umfassen, das ausgelegt ist, um die Haftung der Fasern der ersten Art von Fasern 12 an das erste thermoplastische Bindermaterial 14 zu erhöhen. Das erste thermoplastische Bindermaterial 14 ist insbesondere Polypropylen, kann aber auch aus anderen thermoplastischen Bindermaterialien sein oder diese umfassen, wie z. B. andere(n) Polyolefine(n), Polylactid, Polyamid wie z. B. PA6 oder Polyester. Die Fasern der ersten Art von Fasern 12 sind vorteilhafterweise Kohlenstofffasern. Die Kohlenstofffasern können einen Durchmesser zwischen 3 Mikrometer und 25 Mikrometer, vorzugsweise zwischen 5 Mikrometer und 15 Mikrometer aufweisen. Vorzugsweise ist die Länge der Kohlenstofffasern zwischen 10 mm und 200 mm, insbesondere zwischen 40 mm und 120 mm, jedoch kann die Länge der Kohlenstofffasern auch weniger als 10 mm sein. Die erste Versteifungsschicht 4 kann nichtgewebt sein, z. B. ein Vlies oder eine einseitig oder mehrseitig ausgerichtete Faseranordnung.
Die Fasern der ersten Art von Fasern 12 in der ersten Versteifungsschicht 4 machen mindestens 35 Gew% der ersten Versteifungsschicht 4 aus. In einem Ausführungsbeispiel, in dem die erste Art von Fasern 12 aus Kohlenstofffasern ist, macht die Menge von Kohlenstofffasern vorzugsweise zwischen 35 Gew% und 55 Gew% aus. Das erste thermoplastische Bindermaterial 14 macht bis zu 65 Gew% der ersten Versteifungsschicht 4 aus. Vorzugsweise besteht die Versteifungsschicht 4 aus Fasern der ersten Art von Fasern 12 und dem ersten thermoplastischen Bindermaterial 14 und optional aus dem Bindemittel 16. Das Bindemittel 16 ist z. B. ein Maleinsäureanhydrid und ist insbesondere auf das erste thermoplastische Bindermaterial gepfropft oder anderweitig in oder an den Binder zugegeben.
Das erste thermoplastische Bindermaterial 14 kann die Form von Fasern 18 aufweisen. Insbesondere sind diese Fasern aus thermoplastischem Bindermaterial hergestellt, wobei das Bindemittel 16 auf die Oberfläche dieser Fasern gepfropft ist. Vorzugsweise wird das Bindemittel an das Bindermaterial gepfropft, bevor das Bindermaterial in Fasern geschnitten wird.
Außerdem umfasst die erste Versteifungsschicht 4 nur eine einzige Art der Arten von Fasern, ausgewählt aus Kohlenstofffasern und natürlichen Fasern. Dies bedeutet, dass die erste Versteifungsschicht entweder Kohlenstofffasern oder natürliche Fasern umfasst, jedoch nicht beide Arten von Fasern.
Gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel umfasst die erste Versteifungsschicht 4 nur Kohlenstofffasern und keine natürlichen Fasern.
Die Fasern der ersten Art von Fasern 12, insbesondere die Kohlenstofffasern, sind recycelte Fasern, die durch einen oder mehrere Recyclingschritte verarbeitet wurden. Typischerweise können recycelte Kohlenstofffasern solche Kohlenstofffasern sein, von denen eine Leimung entfernt ist.
Die erste Versteifungsschicht 4 kann eine Dicke aufweisen, die im Bereich zwischen 0,05 mm und 1,0 mm, vorzugsweise zwischen 0,1 mm und 0,6 mm liegt.
Die Abstandschicht 6 ist an die erste Versteifungsschicht 4 auf einer Seite der ersten Versteifungsschicht 4 befestigt oder gebunden.
Die Abstandschicht 6 umfasst ein thermoplastisches Abstands-Bindermaterial 20 und Fasern einer Abstandschicht-Faserart 22. Die Abstandschicht-Faserart ist eine Faserart, die verschieden von der ersten Art von Fasern ist. Die Abstandschicht 6 kann nichtgewebt sein.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Abstandschicht 6 nur eine einzige Art der Arten von Fasern, ausgewählt aus Kohlenstofffasern und natürlichen Fasern. Dies bedeutet, dass die Abstandschicht 6 entweder Kohlenstofffasern oder natürliche Fasern umfasst, jedoch nicht beide Arten von Fasern. Gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel umfasst die Abstandschicht 6 nur natürliche Fasern und keine Kohlenstofffasern. Im Allgemeinen ist die Abstandschicht-Faserart verschieden von der ersten Art von Fasern.
Die natürlichen Fasern sind z. B. Bastfasern wie Hanf, Flachs, Kenaf oder Jute. Bastfasern weisen typischerweise einen Bündeldurchmesser zwischen 25 Mikrometer und 200 Mikrometer, vorzugsweise zwischen 50 und 100 Mikrometer auf. Die Länge der Bastfaserbündel ist typischerweise zwischen 30 mm und 150 mm, vorzugsweise zwischen 40 mm und 120 mm. Die natürlichen Fasern können auch Holzfasern sein, vorzugsweise Weichholzfasern wie z. B Nadelfasern. Typischerweise ist der Durchmesser von Holzfasern zwischen 25 Mikrometer und 300 Mikrometer, vorzugsweise zwischen 50 Mikrometer und 200 Mikrometer. Die Länge der Holzfasern ist typischerweise zwischen 5 mm und 15 mm, vorzugsweise zwischen 9 mm und 12 mm.
Die Fasern der Abstandschicht-Faserart 22 in der Abstandschicht 6 machen zwischen 40 Gew% und 60 Gew% der Abstandschicht 6 aus. Somit sind natürliche Fasern zwischen 40 Gew% und 60 Gew% der Abstandschicht 6 vorhanden.
Das thermoplastische Abstands-Bindermaterial 20 in der Abstandschicht 6 macht zwischen 40 Gew% und 60 Gew% der Abstandschicht 6 aus.
Das thermoplastische Abstands-Bindermaterial 20 ist vorteilhafterweise Polypropylen, kann aber auch ein anderes thermoplastisches Material sein, wie z. B. ein anderes Polyolefin, Polyester oder Polyamid.
Die Abstandschicht 6 besteht vorteilhafterweise aus dem thermoplastischen Abstands-Bindermaterial 20 und den Fasern der Abstandschicht-Faserart 22. Außerdem kann die Abstandschicht ein Bindemittel umfassen, um die Haftung zwischen den Fasern und dem thermoplastischen Bindermaterial zu verbessern.
Die Fasern einer Abstandschicht-Faserart 22 insbesondere die natürlichen Fasern, können recycelte Fasern sein, die durch einen oder mehrere Recyclingschritt(e) verarbeitet wurden. Zum Beispiel kann die Abstandschicht recyceltes Verbundmaterial umfassen, z. B. gemahlenes Verbundmaterial, umfassend natürliche Fasern und einen Polymerbinder. Insbesondere vorteilhaft für recyceltes Verbundmaterial ist Abfallmaterial aus der Herstellung von Verbundplatten aus natürlichen Fasern. Granulate von derartigem recycelten Verbundmaterial weisen typischerweise Durchmesser zwischen 0,1 mm und 3 mm auf. Die recycelten Fasern sind typischerweise kürzer als die Länge, die oben für nicht recycelte Fasern erwähnt wurde. Die recycelten Fasern können eine Länge zwischen 0,1 mm und 3 mm aufweisen.
Die Abstandschicht 6 kann eine Dicke aufweisen, die im Bereich zwischen 0,4 mm und 4,0 mm liegt, vorzugsweise eine Dicke zwischen 0,6 mm und 4,0 mm.
Die dekorative Schicht 10 ist vorteilhafterweise an die erste Versteifungsschicht 4 auf der Seite gegenüber der Abstandschicht 6 gebunden. Die dekorative Schicht 10 ist z. B. ein PVC-Lederimitat, ein Polypropylen (PP)-Film oder natürliches Leder. Die dekorative Schicht kann eine Schaumschicht an ihrer Rückseite umfassen, die hin zur ersten Versteifungsschicht gerichtet ist.
Die dekorative 10 Schicht bildet eine Oberfläche der Verbundplatte 2. Die dekorative Schicht 10 kann eine Dicke aufweisen, die im Bereich zwischen 0,1 mm und 5 mm liegt. Typischerweise ist die Dicke von dekorativen Filmen, basierend auf PP, zwischen 100 Mikrometer und 200 Mikrometer. Andere dekorative Oberflächenschichten, wie z. B. Leder, können eine Dicke zwischen 0,5 mm und 1,5 mm, z. B. 1,0 mm, aufweisen. Die Dicke von dekorativen Schichten, umfassend die dekorative Oberfläche und Schaum, liegt typischerweise zwischen 1,5 mm und 5 mm, vorzugsweise zwischen 2 mm und 4 mm.
Das zweite Ausführungsbeispiel, gezeigt in 2, umfasst die folgenden Unterschiede mit Bezug auf die Verbundplatte von 1, ist jedoch ansonsten identisch mit der Verbundplatte von 1.
Die Verbundplatte 2, wie in dieser Figur gezeigt, umfasst keine dekorative Schicht 10, so dass die erste Versteifungsschicht 4 eine sichtbare Oberfläche 32 der Verbundplatte 2 bildet. Jedoch kann eine derartige Verbundplatte mit einer dekorativen Schicht bedeckt sein.
Die Verbundplatte 2 umfasst die zweite Versteifungsschicht 8, wie oben erwähnt. Die zweite Versteifungsschicht 8 ist an die Abstandschicht 6 gebunden, so dass die Abstandschicht 6 zwischen der ersten Versteifungsschicht 4 und der zweiten Versteifungsschicht 8 angeordnet ist.
Die zweite Versteifungsschicht 8 umfasst Fasern der ersten Art von Fasern 34 und ein zweites thermoplastisches Bindermaterial 36. Das zweite thermoplastische Bindermaterial ist vorzugsweise das gleiche Material wie das erste thermoplastische Bindermaterial, kann jedoch auch ein verschiedenes Bindermaterial sein. Die zweite Versteifungsschicht 8 kann auch ein optionales Bindemittel 38 umfassen, das ausgelegt ist, um die Haftung der Fasern der ersten Art von Fasern 34 und das zweite thermoplastische Bindermaterial 36 zu erhöhen. Das zweite thermoplastische Bindermaterial 36 ist insbesondere Polypropylen, kann aber auch aus anderen thermoplastische Bindermaterialien sein oder diese umfassen, wie z. B. Polylactid, Polyamid oder Polyester. Die zweite Versteifungsschicht 8 kann nichtgewebt sein.
Die Fasern der ersten Art von Fasern 34 in der zweiten Versteifungsschicht 8 machen mindestens 35 Gew% der zweiten Versteifungsschicht 8 aus. Das zweite thermoplastische Bindermaterial 36 macht bis zu 65 Gew% der zweiten Versteifungsschicht 8 aus. Vorzugsweise besteht die Versteifungsschicht 8 aus Fasern der ersten Art von Fasern 34 und aus dem zweiten thermoplastischen Bindermaterial 36 und optional aus dem Bindemittel 38. Das Bindemittel 38 ist z. B. Maleinsäureanhydrid und ist insbesondere auf das zweite thermoplastische Bindermaterial gepfropft und anderweitig dem zweiten oder in das zweite thermoplastische Bindermaterial zugegeben. Das Bindemittel 38 der zweiten Versteifungsschicht 8 kann identisch mit dem Bindemittel 16 der ersten Versteifungsschicht 4 sein.
Das zweite thermoplastische Bindermaterial 36 kann die Form von Fasern 40 vor der Laminierung der Schichten aufweisen. Insbesondere sind diese Fasern aus thermoplastischem Bindermaterial hergestellt, wobei das Bindemittel 38 das auf Oberfläche dieser Fasern gepfropft ist. Das zweite thermoplastische Bindermaterial 36 kann aus den gleichen Materialklassen wie das erste thermoplastische Bindermaterial ausgewählt sein. Insbesondere kann das zweite thermoplastische Bindermaterial das gleiche Material wie das erste thermoplastische Bindermaterial sein.
Außerdem umfasst die zweite Versteifungsschicht 8 nur eine einzige Art der Arten von Fasern, ausgewählt aus Kohlenstofffasern und natürlichen Fasern. Dies bedeutet, dass die zweite Versteifungsschicht entweder Kohlenstofffasern oder natürliche Fasern umfasst, jedoch nicht beide Arten von Fasern.
Im vorliegenden Ausführungsbeispielumfasst die zweite Versteifungsschicht 8 nur Kohlenstofffasern, jedoch keine natürlichen Fasern.
Die Fasern der zweiten Art von Fasern 34, insbesondere die Kohlenstofffasern, sind recycelte Fasern, die durch einen oder mehrere Recyclingschritte verarbeitet wurden.
Die zweite Versteifungsschicht 8 kann eine Dicke aufweisen, die im Bereich zwischen 0,05 mm und 1,0 mm, vorzugsweise zwischen 0,1 mm und 0,6 mm liegt.
Die erste Versteifungsschicht 4 und die zweite Versteifungsschicht 8 weisen vorzugsweise eine identische Zusammensetzung auf. Mit anderen Worten sind nicht nur die Versteifungsfasern identisch, sondern auch das erste thermoplastische Bindermaterial und das zweite thermoplastische Bindermaterial sind identisch und umfassen optional eine identische Menge und Zusammensetzung von Bindemittel.
Außerdem ist vorteilhafterweise die Dicke der ersten Versteifungsschicht 4und der zweiten Versteifungsschicht 8 identisch. Dies ermöglicht, dass die Versteifungsschicht 4 und 8 durch die gleiche Verarbeitung hergestellt wird, wodurch die Herstellung kostengünstig wird.
Im Allgemeinen sind das thermoplastischen Bindermaterial 20 und das erste und/oder zweite thermoplastische Bindermaterial 14, 36, identisch oder mindestens kompatibel, so dass sie ausgelegt sind, um durch Schmelzen aneinander geschweißt zu werden.
Somit ist es mit dem thermoplastischen Bindermaterial der Matrix der Versteifungsschichten kompatibel. Auch weist oder weisen die erste Versteifungsschicht 4 und, wo anwendbar, die zweite Versteifungsschicht 8 ein Elastizitätsmodul E auf, das höher als das Elastizitätsmodul der Abstandschicht 6 der gleichen Dicke ist. Insbesondere weist eine Verbundschicht gemäß der Erfindung eine Steifheit auf, die mehr als 50 % höher als eine Abstandschicht ist, die die gleiche Dicke aufweist. Auch ist die Dicke der Versteifungsschicht 4 und, wo anwendbar, der zweiten Versteifungsschicht 8 kleiner als die Dicke der Abstandschicht 6. Dies hilft dabei, eine steife Platte zu erzielen, die dennoch ein geringes Gewicht aufweist.
Eine oder beide Versteifungsschichten können nur teilweise die Abstandschicht abdecken. Eine derartige Ausführung kann für den Fall vorteilhaft sein, dass nicht die gesamte Verbundplatte versteift werden muss, oder dass zusätzliche Elemente an der Verbundplatte angeordnet werden müssen, insbesondere an der Abstandschicht.
Das thermoplastische Bindermaterial in einer der Schichten kann Zusatzstoffe umfassen, die für kommerziell erhältliche thermoplastische Stoffe gewöhnlich sind wie z. B. Verarbeitungsmittel und Pigmente. Diese möglichen Zusatzstoffe sind nur in Spuren vorhanden, wie z. B. höchstens 5 Gew% des thermoplastischen Materials.
Die Verbundplatte kann auf einer Seite oder auf beiden Seiten mit einer weiteren Schicht bedeckt sein, insbesondere einer weiteren nichtgewebten Verbundschicht. Die weitere Schicht oder die weiteren Schichten kann/können ein Polyestervlies sein, um die Haftungsleistung mit einem dekorativen Material oder einem Substrat zu verbessern.
In 3 werden die Herstellungsschritte zur Herstellung einer Verbundplatte 2 zu 1 gezeigt.
Das Verfahren zur Herstellung der Verbundplatte 2 umfasst eine erste Aufeinanderfolge von Schritten zur Herstellung eines ersten Vorläuferteils 100, wobei es sich um eine Matte handelt, umfassend Fasern der ersten Art von Fasern 12 und das erste thermoplastische Bindermaterial 14 und optional das Bindemittel 16. Der erste Vorläuferteil 100 ist der Vorläufer der ersten Versteifungsschicht 4.
Das Verfahren zur Herstellung der Verbundplatte 2 umfasst eine zweite Aufeinanderfolge von Schritten zur Herstellung eines zweiten Vorläuferteils 102, wobei es sich um den Vorläufer der Abstandsschicht 6 handelt.
Die Herstellung des ersten Vorläuferteils 100 umfasst die folgenden aufeinander folgenden Schritte:
In einem Schritt des Bereitstellens 110 werden die Abfall-Kohlenstofffaserelemente bereitgestellt. Die Abfall-Kohlenstofffaserelemente umfassen z. B. Kohlenstofffasern und eine thermoplastische oder wärmehärtende Matrix. In einem Schritt des Recycelns 112 werden die Abfall-Kohlenstofffaserelemente recycelt, und es werden nicht ausgerichtete recycelte Fasern 114 erhalten.
In einem optionalen Schritt des Bereitstellens 116 wird das erste thermoplastische Bindermaterial 14 insbesondere optional umfassend das Bindemittel 16, bereitgestellt, und in einem Schritt 118 werden die nicht ausgerichteten recycelten Kohlenstofffasern 114 und das thermoplastische Bindermaterial 14 und das optionale Bindemittel 16 gemischt. Optional werden die Kohlenstofffasern nicht mit dem Bindermaterial gemischt, aber in einem folgenden Schritt mit einer thermoplastischen Schicht laminiert, die teilweise für eine gute Haftung mit der Abstandschicht in die Kohlenstofffaserschicht eindringt.
Die so erhaltene Mischung aus thermoplastischem Bindermaterial 14, recycelten Kohlenstofffasern 114 und optionalem Bindemittel 16 wird in einem Schritt des Kardierens 120 kardiert, wodurch der erste Vorläuferteil 100 erhalten wird. Der erste Vorläuferteil 100 ist eine Bahn oder Matte aus recycelten Kohlenstofffasern oder vorzugsweise eine Bahn, enthaltend die recycelten Kohlenstofffasern und das Bindermaterial 14 und optionales Bindemittel 16.
Der zweite Vorläuferteil 102 wird mit den folgenden Herstellungsschritten hergestellt.
In einem Schritt des Bereitstellens 130 werden Abstandschicht-Fasern, im vorliegenden Ausführungsbeispiel natürliche Fasern, bereitgestellt. In einem Schritt des Bereitstellens 132 wird thermoplastisches Abstands-Bindermaterial 20 bereitgestellt, im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden Polypropylenfasern bereitgestellt.
In einem Schritt 134 werden das thermoplastische Abstands-Bindermaterial und die Abstandschicht-Fasern gemischt, wodurch eine Mischung 136 aus nicht ausgerichteten Abstandschicht-Fasern und thermoplastischem Bindermaterial, insbesondere Bindermaterialfasern, erhalten wird. Die Mischung 136 auch nicht ausgerichteten Fasern wird in einem Schritt des Kardierens 138 kardiert, wodurch eine Faserbahn 140 erhalten wird. Die Faserbahn 140 enthält somit das thermoplastische Abstands-Bindermaterial 20 und Fasern der Abstandschicht-Faserart, wobei es sich um die zweite Art von Fasern 22 handelt.
Die Faserbahn 140 wird dann in einem Schritt des Kreuzüberlappens 142 dem Kreuzüberlappen unterzogen, wodurch eine gelegte Faserbahn erhalten wird, wobei es sich um den Vorläuferteil 102 der Abstandsschicht 6 handelt. Alternativ ist die Faserbahn 140 nicht in einer Überlappung 142 überlappt, sondern wird direkt verwendet, um die Verbundplatte 2 herzustellen.
Für den Fall, dass das Ausführungsbeispiel einen dritten Vorläuferteil umfasst, ist dieser dritte Vorläuferteil vorzugsweise identisch mit dem ersten Vorläuferteil. Der dritte Vorläuferteil wird als 103 in 4 (siehe unten) gezeigt. Jedoch kann der dritte Vorläuferteil 103 auch dadurch verschieden sein, dass er z. B. einen verschiedenen thermoplastischen Binder und/oder ein verschiedenes Bindemittel umfasst.
Der somit erhaltene erste Vorläuferteil 100, zweite Vorläuferteil 102 und möglicherweise dritte Vorläuferteil 103, die jeweils die Vorläufer der ersten Versteifungsschicht 4 der Abstandschicht 6 und der zweiten Versteifungsschicht 8 sind, werden dann in einem Verbindungssschritt 150 unter Verwendung einer Verbindungsvorrichtung 152 verbunden. Am Ende des Verbindungsschritts 150 wird die Platte 2 erhalten. In 3 wird nur die Verbindung des ersten Vorläuferteils 100 und des zweiten Vorläuferteils 102 gezeigt. Die Verbindung des ersten Vorläuferteil 100, des zweiten Vorläuferteils 102 und des dritten Vorläuferteils 103 wird auf eine analoge Weise erzielt.
4, 5, 6 und 7 zeigen eine schematische Ansicht von Verarbeitungsschritten und Verarbeitungsvorrichtungen, die verwendet werden, um verschiedene Abschnitte einer Verbundplatte gemäß der Erfindung zu verbinden und die Verbundplatte weiter zu verarbeiten. Die Figuren zeigen insbesondere Verarbeitungsschritte und Verarbeitungsvorrichtungen, die verwendet werden, um den Verbindungsschritt 150 durch die Verbindungsvorrichtung 152 auszuführen.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 4 umfasst die Verbindungsvorrichtung 152 eine Laminierungsvorrichtung 170, umfassend einen oberen Riemen 172 und einen unteren Riemen 174. Die Laminierungsvorrichtung 170 umfasst auch einen Erhitzungsabschnitt 176 und einen Kühlabschnitt 178.
Der erste Vorläuferteil 100 ist durch eine Vorläuferquelle 180 bereitgestellt, und der zweite Vorläuferteil 102 ist durch eine zweite Vorläuferquelle 182 bereitgestellt. Die Quellen sind z. B. der Ausgang der Schritte, gezeigt in 3.
Wie mit gestrichelten Linien veranschaulicht, kann der dritte Vorläuferteil 103durch eine weitere Vorläuferquelle 183 bereitgestellt sein. Vorzugsweise sind die drei Vorläuferteile 100, 102, 103 zusammen mit der Laminierungsvorrichtung bereitgestellt. Alternativ wird der dritte Vorläuferteil 103 an das Laminat des ersten und zweiten Vorläuferteils 100, 102 in einem folgenden Schritt laminiert.
Die Laminierungsvorrichtung 170 ist ausgelegt, um den ersten Vorläuferteil 100 und den zweiten Vorläuferteil 102 und optional den dritten Vorläuferteil 103 unter Verwendung der Laminierungsvorrichtung gegeneinander zu pressen und sie der Hitze im Erhitzungsabschnitt 176 zu unterziehen. Vorzugsweise wird der dritte Vorläuferteil 103 zusammen mit dem ersten und zweiten Vorläufer in einem einzigen Verarbeitungsschritt laminiert. Der Erhitzungsabschnitt 176 ist ausgelegt und wird verwendet, um den ersten Vorläuferteil 100 und den zweiten Vorläuferteil 102 und optional den dritten Vorläuferteil 103 auf eine Schmelztemperatur des/der thermoplastischen Bindermaterials/Bindermaterialien in den Vorläuferteilen zu erhitzen. Der Kühlabschnitt 178 ist ausgelegt, und wird verwendet, um die heiße Anordnung des ersten und zweiten Vorläuferteils 100, 102 und optional des dritten Vorläuferteils 103, die den Erhitzungabschnitt verlassen, auf eine Temperatur unter der Schmelztemperatur des/der thermoplastischen Bindermaterials/Bindermaterialien abzukühlen, wodurch eine Bahn von verbundenen Vorläufern 184 erhalten wird, die dann aufeinander folgend unter Verwendung einer Schneidevorrichtung 186 in Verbundplatten 2 geschnitten werden können.
Das Ausführungsbeispiel von 5 umfasst die folgenden Unterschiede, verglichen mit dem Ausführungsbeispiel von 4. Analoge Elemente tragen die gleichen Bezugsnummern.
Die Verbindungsvorrichtung 152 umfasst eine Kalandrierungsvorrichtung 170 mit erhitzten Zylindern 172 und 174. Die Bahn von verbundenen Vorläufern 184 wird in einer Aufrollmaschine 186 aufgerollt.
Das Ausführungsbeispiel von 6 umfasst die folgenden Unterschiede, verglichen mit dem Ausführungsbeispiel von 4 und 5. Analoge Elemente tragen die gleichen Bezugsnummern.
Die Vorläuferteile 100 und 102 und optional 103 werden vor dem Verbinden in Matten geschnitten. Die Vorläufermatten werden in einer Kalibrierungsvorrichtung 170 verbunden und dann in einer Formvorrichtung 190 geformt.
Das Ausführungsbeispiel von 7 umfasst die folgenden Unterschiede, verglichen mit dem Ausführungsbeispiel von 4 bis 6. Analoge Elemente tragen die gleichen Bezugsnummern.
Die Vorläufer 100 und 102 und optional 103 werden vor dem Verbinden in Matten geschnitten. Die Vorläufermatten 100 und 102 und optional 103 werden z. B. durch Nähen verbunden und werden in eine Kalibrierungsvorrichtung 170 eingeführt, wo die verbundenen Vorläufermatten 100 und 102 und optional 103 vorerhitzt und kalibriert werden. Die kalibrierten Vorläufermatten 100,102 und optional 103 werden dann durch eine Vorrichtung 200 mit einer dekorativen Schicht 10 ausgestattet und dann in einer Formvorrichtung 190 zusammen mit der dekorativen Schicht 10 geformt.
Alternativ werden die kalibrierten Vorläufermatten 100,102 und optional 103 dann in einer Formvorrichtung 190 ohne eine dekorative Schicht 10 geformt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2762623 [0002]
JP 2012193466 [0002]
US 2015064395 [0002]
DE 102014107881 A1 [0002]

Claims

Verbundplatte (2), umfassend - eine erste Versteifungsschicht (4), umfassend Fasern einer ersten Art von Fasern (12), und - eine Abstandschicht (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandschicht (6) ein thermoplastisches Abstands-Bindermaterial (20) und Fasern einer Abstandschicht-Faserart (22) umfasst, die verschieden von der ersten Art von Fasern ist, und dadurch dass jede der Abstandschicht und der ersten Versteifungsschicht nur eine einzige Art der Arten von Fasern umfasst, ausgewählt aus Kohlenstofffasern und natürlichen Fasern.
Verbundplatte nach Anspruch 1, weiter umfassend eine zweite Versteifungsschicht (8), umfassend nur eine einzige Art der Arten von Fasern, ausgewählt aus Kohlenstofffasern und natürlichen Fasern, wobei die eine einzige Art von Fasern aus Fasern der ersten Art von Fasern ist, wobei die Abstandschicht zwischen der ersten Versteifungsschicht (4) und der zweiten Versteifungsschicht (8) angeordnet ist.
Verbundplatte nach Anspruch 2, wobei die erste Art von Fasern Kohlenstofffaser ist, die Abstandschicht-Faserart natürliche Faser ist, die Kohlenstofffasern in der ersten Versteifungsschicht (4) mindestens 35 Gew% der ersten Versteifungsschicht ausmachen, die Kohlenstofffasern in der zweiten Versteifungsschicht (8) mindestens 35 Gew% der zweiten Versteifungsschicht (8) ausmachen. die natürlichen Fasern in der Abstandschicht zwischen 40 Gew% und 60 Gew% der dritten Abstandschicht ausmachen.
Verbundplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Versteifungsschicht (4) ein erstes thermoplastisches Abstands-Bindermaterial (14) umfasst, wobei es sich um das gleiche Material wie das thermoplastische Abstands-Bindermaterial, insbesondere Polypropylen, handelt.
Verbundplatte nach Anspruch 3 oder 4, wobei das erste thermoplastische Bindermaterial (14) bis zu 65 Gew% der ersten Versteifungsschicht ausmacht.
Verbundplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Versteifungsschicht (8) ein Bindemittel (38) umfasst, das geeignet ist, um die Haftung der Kohlenstofffasern an das erste thermoplastische Bindermaterial zu erhöhen.
Verbundplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Versteifungsschicht (4) und die zweite Versteifungsschicht (8) eine identische Zusammensetzung aufweisen, d. h. die chemische Zusammensetzung identisch ist und/oder die erste Versteifungsschicht (4) und die zweite Versteifungsschicht (8) die gleiche Dicke aufweisen.
Verbundplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Art von Fasern recycelte Fasern ist und/oder die zweite Art von Fasern recycelte Fasern ist.
Verbundplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das thermoplastische Abstands-Bindermaterial (20) in der Abstandschicht zwischen 40 Gew% und 60 Gew% der Abstandschicht ausmacht und die zweite Art von Fasern der Abstandschicht (22) zwischen 40 Gew% und 60 Gew% der Abstandschicht ausmacht.
Verfahren zum Herstellen einer Verbundplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die aufeinanderfolgenden Schritte des - Bereitstellens der ersten Versteifungsschicht (4), - Bereitstellens der zweiten Versteifungsschicht (8), - Bereitstellens einer Abstandschicht (6), - Bindens der ersten Versteifungsschicht, der Abstandschicht und der zweiten Versteifungsschicht, um eine Sandwichplatte zu bilden, so dass die Abstandschicht zwischen der ersten Versteifungsschicht und der zweiten Versteifungsschicht angeordnet ist, und - Pressens der Sandwichplatte zu einer Verbundplatte.