DE102019110494A1 - Absorptiver vernadelter Schichtverbund - Google Patents

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Volkmar Schulze
Ray Singh
Volker Kursch
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Adler Pelzer Holding GmbH
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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Schichtverbund, eine Sandwich-Struktur, bei dem eine PUR-Schaumstoffschicht mit zwei Vliesen vernadelt sind.

Description

  • Gegenstand der Erfindung ist ein Schichtverbund, eine Sandwich-Struktur, bei dem eine PUR-Schaumstoffschicht mit wenigstens einem Vlies vernadelt sind.
  • In Kraftfahrzeugen werden insbesondere im Fahrgastraum und Gepäckraum thermoformbare Akustik- und/oder Versteifungsvliesstoffe eingesetzt. Meist sind dies locker verpresste duroplastisch oder thermoplastisch gebundene Textilfaservliesstoffe sowie Kombinationen von Schaumstoff- und / oder Vliesstoffschichten mit gleichen oder verschiedenen Strömungswiderständen. Darüber hinaus finden auch sogenannte Strömungsvliesstoffe Anwendung, um zielgerichtet die Akustik zu tunen.
  • Zur Beeinflussung des Schallschluckvermögens in Korrelation mit der Trittsteifigkeit werden bei Bodenverkleidungen poröse, luft- und damit schalloffene Schichten zwischen der eigentlichen Oberware und den prozessbedingten Dicht- und Schwerschichten beziehungsweise der Isolation eingefügt. Als poröse, luft- und damit schalloffene Schichten finden hier Polyester- und Mischfaservliese, sowie mikro-perforierte Folien, Anwendung. Die Trittfestigkeit wird auch durch den Anteil an Bikomponentenfasern (BiCo) in den Vliesstoffen beeinflusst.
  • Bei Stirnwand-Materialstrukturen finden häufig einlagige Vliesstoffe, mehrschichtige Vliesstoffe und hinterschäumte Vliesstoffe Anwendung.
  • Vorwiegend bei Seitenverkleidungen, Heckklappenverkleidungen und Reserveradmulden finden auch Vliesstoffe und/oder Vliesstoffkombinationen im Gepäckraum ihre Anwendung.
  • Akustisch wirksame Kraftfahrzeug-Komponenten, Bauteile, haben stets eine der in 1 dargestellte Materialstruktur.
  • TR 200803410 betrifft ein Verfahren zur Wiederverwendung von relativ groben Abfallmaterialien, beispielsweise von Textilabfällen aus der Herstellung von Automobilteilen sowie Produkte, die daraus hergestellt werden. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man die Abfallmaterialien in relativ kleine Stücke bricht. Dieses Mahlgut wird dann auf eine Unterlage aufgebracht. Anschließend wird eine obere Lage eines weiteren Rohmaterials auf die Oberfläche des Abfallmaterials aufgebracht und die Schichten miteinander verbunden. In TR 200906997 wird ein analoges Verfahren beschrieben, bei dem zusätzlich noch eine weitere Hartschicht, unter Nutzung von Wärmeeinwirkung, eingebracht wird.
  • DE 10 2015 115 458 A1 [ WO 2017/046164 A1 ] offenbart ein Strukturbauteil eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eine Radlaufschale oder eine Motorraumabschirmung, wobei das Strukturbauteil mindestens teilweise aus einem Verbundmaterial besteht, das aus mindestens zwei übereinanderliegenden Vliesschichten verpresst ist. Es wird hier vorgeschlagen, dass auf mindestens einer der Vliesschichten eine Verstärkungsschicht aus mindestens einem gelegten Verstärkungsfilament zur Verstärkung des Verbundmaterials angeordnet ist.
  • In US 2018/0251924 A1 wird ein Vliesverbundsystem vorgeschlagen, bei dem einerseits zwei Vliese und andererseits zwei Vliese mit einer zwischenliegenden Folie angeordnet sind. Anwendung in den Vliesen finden speziell modifizierte Fasern.
  • Darüber hinaus sind Verfahren zur Herstellung von sogenannten Recycling-Sandwich-Vliesen beziehungsweise Bauteilen im Stand der Technik beschrieben, bei denen zum einen die Press-Technologie ( DE 10 2016 202 290 A1 ) und zum anderen das Vernadeln ( DE 10 2013 222 403 A1 , DE 10 2016 203 348 A1 ) angewendet werden.
  • WO 2012/052535 A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundvlieses in einer kontinuierlichen Prozessfolge sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Hierbei wird aus einem Faserstrom durch eine Kardiereinrichtung ein Faserflor gebildet, an dessen Oberfläche anschließend eine Vlieslage aus Synthetikfasern gelegt wird. Hierzu wird der Faserflor innerhalb einer Saugzone an einem Ablageband zu einer Schmelzblaseinrichtung geführt, in der die Synthetikfasern durch Schmelzblasen an der Oberfläche des Faserflors gelegt werden. Der mit der Vliesanlage belegte Faserflor wird anschließend durch eine Vliesverlegeeinrichtung in mehrere Schichten zu dem Verbundvlies verlegt.
  • In der DE 10 2016 203 348 A1 wird ein mehrlagiger vernadelter Akustik- und/oder Versteifungsvliesstoff mit zwei äußeren Deckvliesstoffen beschrieben mit
    1. a) einem ersten Deckvliesstoff bestehend aus einem PE-Klebevlies mit einem Flächengewicht von 30 g/m2 bis 200 g/m2, vorzugsweise von 50 g/m2 bis 150 g/m2, und einem zweiten Deckvliesstoff bestehend aus einem PP/PET-Vlies mit einem Flächengewicht von 50 g/m2 bis 250 g/m2, vorzugsweise von 80 g/m2 bis 200g/m2 oder
    2. b) wobei beide Deckvliesstoffe jeweils ein PP/PET-Deckvlies mit einem Flächengewicht von 200 g/m2 bis 800 g/m2, vorzugsweise 300 g/m2 bis 600 g/m2 sind, mit einer jeweils zwischen den Deckvliesstoffen liegenden Schicht aus Mahlgut mit einem Flächengewicht von 250 g/m2 bis 700 g/m2 aus PE, PET, PP, Zweikomponenten-Fasern und Mehrkomponentenfasermaterial, der dadurch gekennzeichnet, dass das Mahlgut 5 Gew. % bis 50 Gew. %, vorzugsweise 10 Gew. % bis 40 Gew. %, bezogen auf das Mahlgut, Staubabfälle aus Reißbaumwolle, PET und Zweikomponenten-Fasern enthält.
  • In der noch unveröffentlichten DE 10 2019 104 847 ist ein vernadeltes Vlies zur Herstellung von insbesondere textilen Radlaufschalen beschrieben, das 5 bis 14 Flor-Einzellagen mit einer Grammatur des Vlieses im Bereich von 650 g/m2 bis 1900 g/m2 umfasst, wobei das Basisvlies aus PP/PET-, PP/BiCo/PET-, PP/BiCo- oder PET/BiCo-Fasern umfasst, beschrieben, das dadurch gekennzeichnet ist, dass
    die Einzellagen -entsprechend den insbesondere akustischen und mechanischen Anforderungen an eine textile Radlaufschale- jeweils gleiche oder unterschiedliche Materialien aus Mahlgut und/oder Fasern und/oder Flocken und/oder Pulver in lagenweise gleichen oder unterschiedlichen Mengen eingestreut umfassen.
  • Bei den im Stand der Technik zu findenden akustisch wirksamen Bauteilen sowie Einzelkomponenten sind die Schichtverbunde „Vlies / Schaumstoff“ miteinander verklebt oder angeschäumt.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung gegenüber dem vorgenannten Stand der Technik besteht somit in der Bereitstellung eines absorptiven Schichtverbundes, einer Sandwichstruktur, bei der eine Schaumstoffschicht mit darauf und gegebenenfalls darunter angeordneter Vliesschicht vernadelt ist. Im Fokus ist dabei zum einen die deutlich verbesserte akustische Wirksamkeit bei annähernd gleichem Flächengewicht und zum anderen die verbesserte akustische Wirksamkeit sowie der Gewichtsvorteil.
  • Die vorgenannte Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird in einer ersten Ausführungsform gelöst durch ein Vlies / PUR-Schaumstoff-Schichtverbund, umfassend wenigstens ein PET-Vlies mit einer Grammatur von 80 g/m2 bis 300 g/m2, vorzugsweise im Bereich von 100 g/m2 bis 200 g/m2, angeordnet auf der Ober- und/oder Unterseite eines PUR-Schaumstoffes, wobei der PUR-Schaumstoff eine Dichte im Bereich von 45 g/l bis 120 g/l, insbesondere im Bereich von 60 g/l bis 85 g/l und eine Dicke im Bereich von 4 mm bis 20 mm, vorzugsweise im Bereich von 8 mm bis 15 mm aufweist, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Schichtverbund vernadelt ist.
  • Aus dem Stand der Technik sind keine akustisch wirksamen Bauteile sowie Einzelkomponenten bekannt, bei denen ein Schaumstoff, eine Schaumstoffschicht, mit einer oder mehreren Vliesschichten / Vlieslagen (Deckvliese) vernadelt ist.
  • In einer weiteren alternativen Ausführungsform finden anstatt des PUR-Schaumstoffes im Dichtebereich von 45 g/l bis 120 g/l sogenannte Leichtschaumstoffe im Dichtebereich von 9 g/l bis 40 g/l Anwendung.
  • Die insbesondere auf der Ober- und/oder Unterseite des Schaumstoffes angeordneten Vliese (wenigstens ein Vlies) können aus PET- oder PA Fasern, sowie aus einem Faser-Mix (Mischfasern) bestehen; hier insbesondere aus PET/PP- und PP/PET/Baumwoll-Fasern.
  • In 2 ist ein Foto eines vernadelten Verbundes -Vlies / Schaumstoff / Vlies- abgebildet.
  • In den 3 und 4 ist die akustische Leistungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Materialstrukturen im Vergleich mit Strukturen aus dem Stand der Technik dargestellt.
  • 3 verdeutlicht insbesondere die Gewichts- und Akustik-Vorteile der erfinderischen Lösung bei Anwendung von Leichtschaumstoffen (Leve-Cell® und LeveSoft®) gegenüber einem derzeit im Einsatz befindlichen Mischfaservlies.
  • In 4 ist ein erfindungsgemäßer Verbund mit vernadeltem Kaltschaumstoff im Vergleich zu einem üblichen Recycling-Sandwich-Vlies dargestellt; bei etwa gleichem Flächengewicht ist der enorme Akustikvorteil des erfindungsgemäßen Verbundes zu sehen.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht in einem Verfahren zur Herstellung des vorgenannten Schichtverbundes, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man den Schaumstoff von einer Rolle oder als Platine auf das erste (untere) Deckvlies zufährt bzw. auflegt; und anschließend das zweite (obere) Deckvlies darüberfährt, den Gesamtverbund verdichtet und vernadelt. Gegebenenfalls wird das zweite (obere) Deckvlies wegelassen.
  • Besonders bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung erfolgt die Vernadelung mit Gabel-/Gabelnadeln, Kranz-/Kranznadeln, Gabel-/Kranznadeln oder Filznadeln.
  • Kern der vorliegenden Erfindung ist somit die Bereitstellung eines Schichtverbundes, umfassend eines vernadelten Vlies / Schaumstoff-Verbundes, wodurch die akustische Wirksamkeit dieser Sandwichstruktur verbessert ist.
  • Die Schaumstoffzellen werden bei der Vernadelung durchstochen. Darüber hinaus werden bei der Vernadelung einzelne Fasern aus den ummantelnden Vliesen in die Schaumstoffstruktur gezogen. Auch wird der Schaumstoff in sich weicher.
  • Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht eben darin, dass durch das Vernadeln eines Schaumstoffes mit beidseitig oder einseitig angeordneten Vliesen die akustische Wirksamkeit des Verbundes deutlich verbessert und das Gewicht gegenüber herkömmlichen Verbunden bzw. Vliesen reduziert wird.
  • Auch verbessert sich das mechanische Verhalten des mit Vlies vernadelten Verbundes gegenüber einem reinen Schaumstoff.
  • Ausführungsbeispiel:
    1. (a) In einem ersten Beispiel wurde ein PUR-Leichtschaumstoff (LeveSoft®, 24 g/l, Dicke 10 mm) mit einem 100 g/m2 und 150 g/m2 PET-Vlies beidseitig vernadelt.
    2. (b) In einem zweiten Beispiel wurde ein PUR-Leichtschaumstoff (LeveCell®, 12 g/l, Dicke 8 mm) jeweils mit einem 100 g/m2 und 150 g/m2 handelsüblichem PET-Vlies beidseitig vernadelt.
    3. (c) In einem dritten Beispiel wurde ein handelsüblicher PUR-Kaltschaumstoff (65 g/l, Dicke 10 mm) mit einem 100 g/m2 und 150 g/m2 handelsüblichen PET-Vlies beidseitig vernadelt.
  • Die Vernadelung erfolgte auf einer handelsüblichen Fehrer-Anlage, die Vernadelungsdichte betrug 20 Stiche/cm2, die Einstichtiefe 14 mm und die Geschwindigkeit 4 m/min. Als Nadeln kamen handelsübliche Filznadeln zum Einsatz.
  • Die akustische Leistungsfähigkeit der vernadelten Schaumstoffe ist in den 3 und 4 dargestellt.
  • 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.
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Claims (11)

  1. Absorptiver Vlies / PUR-Schaumstoff-Schichtverbund, umfassend wenigstens ein PET-Vlies mit einer Grammatur von 80 g/m2 bis 300 g/m2, angeordnet auf der Ober- und/oder Unterseite eines PUR-Schaumstoffes, wobei der PUR-Schaumstoff (a) eine Dichte im Bereich von 45 g/l bis 120 g/l, oder (b) eine Dichte von im Bereich von 9 g/l bis 40 g/l, und jeweils eine Dicke im Bereich von 4 mm bis 20 mm aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtverbund vernadelt ist.
  2. Absorptiver vernadelter Schichtverbund nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die auf der Ober- und/oder Unterseite des Schaumstoffes angeordneten Vliese aus PET- oder PA Fasern, sowie aus einem Faser-Mix (Mischfasern) bestehen; hier insbesondere aus PET/PP- und PP/PET/BaumwollFasern.
  3. Absorptiver vernadelter Schichtverbund nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass der Schaumstoff nur einseitig mit einem Vlies vernadelt ist.
  4. Absorptiver vernadelter Schichtverbund nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das PET-Vlies eine Grammatur von 100 g/m2 bis 200 g/m2 aufweist.
  5. Absorptiver vernadelter Schichtverbund nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der PUR-Schaumstoff eine Dichte im Bereich von 60 g/l bis 85 g/l aufweist.
  6. Absorptiver vernadelter Schichtverbund nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der PUR-Schaumstoff eine Dichte im Bereich von 12 g/l bis 32 g/l aufweist.
  7. Absorptiver vernadelter Schichtverbund nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der PUR-Schaumstoff eine Dicke im Bereich von 8 mm bis 15 mm aufweist.
  8. Absorptiver vernadelter Schichtverbund nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtverbund zwei PET-Vliese aufweist.
  9. Verfahren zur Herstellung eines absorptiven vernadelten Schichtverbundes nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumstoff von einer Rolle oder als Platine auf ein erstes (untere) Deckvlies zugefahren oder aufgelegt und anschließend ein zweites (obere) Deckvlies darübergefahren, der Gesamtverbund verdichtet und vernadelt wird.
  10. Verfahren zur Herstellung eines absorptiven vernadelten Schichtverbundes nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumstoff von einer Rolle oder als Platine auf ein (unteres) Deckvlies zugefahren oder aufgelegt, der Gesamtverbund verdichtet und vernadelt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vernadelung mit Gabel-/Gabelnadeln, Kranz-/Kranznadeln, Gabel-/Kranznadeln oder Filznadeln erfolgt.
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