DE102021110502A1

DE102021110502A1 - Verbundmaterial, Formteil enthaltend Verbundmaterial und Verfahren zur Herstellung des Verbundmaterials sowie des Formteils

Info

Publication number: DE102021110502A1
Application number: DE102021110502.1A
Authority: DE
Inventors: Manuel Zapf; Fabian Bartl
Original assignee: Novem Car Interior Design GmbH
Current assignee: Novem Car Interior Design GmbH
Priority date: 2021-04-23
Filing date: 2021-04-23
Publication date: 2022-10-27
Also published as: WO2022223671A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verbundmaterial, insbesondere ein Faser-Matrix-Material, insbesondere ein Faser-Matrix-Halbzeug, umfassend ein in eine Bindemittelmatrix eingebettetes Material, insbesondere ein in eine Bindemittelmatrix eingebettetes Fasermaterial oder ein in eine Bindemittelmatrix eingebettetes stückiges Material, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittelmatrix eine Kunststoffmatrix auf Basis von Polyurethan, Polycarbonat, Acrylat, Polyvinylacetat, Carbonsäuren und/oder Celluloseacetobutyral (CAB) ist, sowie ein Verfahren zum Herstellen des Faser-Matrix-Materials.Ferner betrifft die Erfindung ein Formteil umfassendeine Dekorschicht (11) mit einer als Sichtseite ausgebildeten Vorderseite (12) und einer der Vorderseite (12) gegenüberliegenden Rückseite (13), undeinen an der Rückseite der Dekorschicht (11) angeordneten Träger (16), wobei die Dekorschicht (11) aus einem Verbundmaterial besteht oder ein Verbundmaterial umfasst, undwobei das Verbundmaterial ein Verbundmaterial gemäß der Erfindung ist oder aus einem Verbundmaterial gemäß der Erfindung gebildet ist, sowie ein Verfahren zum Herstellen des Formteils (10).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbundmaterial, insbesondere ein Faser-Matrix-Material sowie ein Verfahren zur Herstellung des Verbundmaterials, insbesondere des Faser-Matrix-Materials. Ferner betrifft die Erfindung ein Formteil enthaltend ein solches Verbundmaterial sowie ein Verfahren zur Herstellung des Formteils.
Im Automobilbereich, im Modellbau, in der Luftfahrt und in vielen weiteren Bereichen werden zahlreiche Formteile, insbesondere Dekor- und Verkleidungsteile eingebaut. Im Fahrzeuginnenraum sind dies beispielsweise Türverkleidungen, Konsolen- und Instrumentenverblendungen. Zu den Dekor- und Verkleidungsteilen zählen auch Bedientasten bzw. die Abdeckungen von Bedientasten.
Wie in zahlreichen anderen Anwendungen können auch bei der Herstellung derartiger Formteile Verbundmaterialien, insbesondere Faser-Matrix-Materialien, beispielsweise SMC- oder PrePreg-Halbzeuge eingesetzt werden. Bekannte Verbundmaterialien enthalten oftmals eine Bindemittelmatrix auf Basis von Epoxidharzen oder ungesättigte Polyesterharzen („UP-Harze“). Diese Harze weisen jedoch eine schlechte UV-Beständigkeit auf und neigen daher bei UV-Exposition zur Vergilbung und Versprödung.
Des Weiteren haben die vorstehend genannten Harze einen relativ hohen Gehalt an flüchtigen organischen Verbindungen („Volatile organic compounds, kurz: „VOC“), welche nicht selten ein hohes Gesundheitsgefährdungspotential aufweisen, sodass diese beispielsweise für den Einsatz in einem Fahrzeuginnenraum nur bedingt geeignet sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein neues Verbundmaterial, insbesondere Faser-Matrix-Material und ein Verfahren zur Herstellung des Verbundmaterials, insbesondere des Faser-Matrix-Materials, sowie ein Formteil enthaltend ein solches Verbundmaterial und ein Verfahren zur Herstellung des Formteils anzugeben, welche gegenüber bisher bekannten Materialien, Formteilen und Verfahren verbessert und insbesondere für den Einsatz in einem Fahrzeuginnenraum geeignet sind.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verbundmaterials gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Formteiles durch die Merkmale des Anspruches 8. Hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung des Verbundmaterials wird die Aufgabe gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 9 und hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung des Formteils durch die Merkmale des Anspruches 16.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Verbundmaterial, insbesondere Faser-Matrix-Material, insbesondere ein Faser-Matrix-Halbzeug, umfasst ein in eine Bindemittelmatrix eingebettetes Material, insbesondere ein in eine Bindemittelmatrix eingebettetes Fasermaterial oder ein in eine Bindemittelmatrix eingebettetes stückiges Material (oder: granulatartiges Material). Das erfindungsgemäße Verbundmaterial ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittelmatrix eine Kunststoffmatrix, insbesondere eine Kunstharzmatrix, auf Basis von Polyurethan, Polycarbonat, Acrylat, Polyvinylacetat, Carbonsäuren und/oder Celluloseacetobutyral (CAB) ist.
Die Formulierung „auf Basis von“ bedeutet, dass die Bindemittelmatrix ein Bindemittel aufweist, wobei das Bindemittel Polyurethan, Polycarbonat, Acrylat, Polyvinylacetat, Carbonsäuren und/oder Celluloseacetobutyral (CAB) ist oder umfasst. Dabei kann die Bindemittelmatrix lediglich eines der vorstehend genannten Bindemittel sein oder umfassen oder auch aus zwei oder mehreren der Bindemittel bestehen oder diese enthalten.
Der Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, dass das Verbundmaterial aufgrund der eingesetzten Bindemittel einen im Vergleich zu Epoxid- oder UP-Harzen geringeren Anteil an flüchtigen organischen Verbindungen und somit geringere VOC-Werte oder zumindest lediglich sehr geringe Mengen an gesundheitsgefährdenden Stoffen aufweist. Die Bindemittel haben eine hohe Biokompatibilität und eine Gesundheitsgefährdung wird verhindert oder ist zumindest deutlich reduziert. Insbesondere ist in dem Verbundmaterial kein Bisphenol-A enthalten, welches oftmals in einer Bindemittelmatrix auf Basis von Epoxidharzen vorhanden ist und mittlerweile sehr in Verruf geraten sowie als „besonders besorgniserregender Stoff“ gelistet ist, da ernsthafte Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit als wahrscheinlich gelten. Ferner sind die genannten Bindemittel vergleichsweise UV stabil und neigen nicht zur Versprödung.
Vorzugsweise beträgt der Anteil der Bindemittelmatrix in dem Verbundmaterial 1 bis 60 Gew.-%, insbesondere bei 30 bis 60 Gew.-%, bevorzugt bei 40 bis 55 Gew.-%, besonders bevorzugt 45 bis 50 Gew.-% beträgt, und/oder der Anteil des eingebetteten Materials in dem Verbundmaterial beträgt 1 bis 60 Gew.-%, insbesondere 30 bis 60 Gew.-%, bevorzugt 45 bis 60 Gew.-%, besonders bevorzugt 50 bis 55 Gew.-%.
Das eingebettete Material kann ein Fasermaterial oder ein stückiges oder granulatartiges Material sein. Als Fasermaterial kommen grundsätzlich Endlosfasern, die eine unidirektionale Schicht formen oder als Gewebe oder Gelege vorliegen, sowie Schnittfasern, also Faserstücke oder Faserschnipsel, in Betracht. In bevorzugten Ausgestaltungen ist das eingebettete Material ein Fasermaterial aus nicht miteinander verwobenen Fasern. Mit anderen Worten: Die Fasern sind in beliebiger Orientierung und frei verteilt in der Bindemittelmatrix eingebettet.
In Ausgestaltungen setzt sich das eingebettete Material, insbesondere das Fasermaterial oder das stückige Material, aus einer oder mehreren der folgenden Faserarten und/oder Stückarten zusammen: Carbonfasern und/oder Carbonstücke, Glasfasern und/oder Glasstücke, Holzfasern und/oder Glasstücke, Polyesterfasern, Nylonfasern, Seidenfasern, Steinfasern, beispielsweise Basalt, und/oder Steinstücke, beispielsweise Schiefer oder Granit, Metallfasern und/oder Metallstücke, Lederfasern und/oder Metallstücke, Papierfasern und/oder Papierstücke, Cellulosefasern und/oder Cellulosestücke, Polyamidfasern, Pflanzenfasern und/oder Pflanzenstücke. Die Fasern oder Stücke weisen typischerweise eine Länge zwischen 2 und 80 mm auf.
Vorzugsweise ist das eingebettete Material, insbesondere das Fasermaterial ein Forged Carbon Fasermaterial oder umfasst ein Forged Carbon Fasermaterial. Das Fasermaterial ist somit aus Carbonfasern gebildet oder umfasst solche Carbonfasern, wodurch optisch ansprechende Effekte, insbesondere bei der Verwendung in einer Dekorschicht eines Formteils, erzielt werden können. Die Carbonfasern weisen typischerweise eine Länge zwischen 2 und80 mm auf.
In bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Bindemittelmatrix wenigstens ein Additiv und/oder wenigstens einen Füllstoff und/oder wenigstens ein Farbmittel und/oder wenigstens ein Filmbildehilfsmittel enthält. Enthaltene Additive sind beispielsweise Netzmittel, Dispergierhilfsmittel oder Entschäumer, die der Benetzung der Fasern und/oder der Stabilisierung der Bindemittelmatrix dienen. Der enthaltene Füllstoff, beispielsweise Kreide oder Talkum, verringert unter anderem einen Schwund des Faser-Matrix-Materials während der Aushärtung, sodass innere Spannungen in dem Material reduziert oder sogar verhindert werden. Als Farbmittel kommen beispielsweise wasserunlösliche Pigmente und/oder wasserlösliche Farbstoffe zum Einsatz.
In Ausgestaltungen kann die Bindemittelmatrix wenigstens einen Lack enthalten, insbesondere einen 1-Komponenten-Lack ohne, mit oder umfassend blockiertes Isocyanat. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Lack ein 2-Komponenten-Lack ohne, mit oder umfassend Isocyanat ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Formteil, insbesondere ein als Formteil ausgebildetes Dekorteil und/oder Verkleidungsteil für einen Fahrzeuginnenraum, umfassend eine Dekorschicht mit einer als Sichtseite ausgebildeten Vorderseite und einer der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite, und einen an der Rückseite der Dekorschicht angeordneten Träger. Die Dekorschicht des erfindungsgemäßen Formteils besteht dabei aus einem Verbundmaterial, insbesondere einem Faser-Matrix-Material oder umfasst ein Verbundmaterial, insbesondere ein Faser-Matrix-Material, wobei das Verbundmaterial ein Verbundmaterial nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist oder aus einem Verbundmaterial nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen gebildet ist.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Formteils liegt insbesondere darin, dass dieses aufgrund des erfindungsgemäßen Verbundmaterials, insbesondere des erfindungsgemäßen Faser-Matrix-Materials einen im Vergleich zu Epoxid- oder UP-Harzen geringeren Anteil an flüchtigen organischen Verbindungen und somit geringere VOC-Werte oder zumindest lediglich sehr geringe Mengen an gesundheitsgefährdenden Stoffen aufweist. Die Bindemittel haben eine hohe Biokompatibilität und eine Gesundheitsgefährdung wird verhindert oder ist zumindest deutlich reduziert. Zudem ist in dem Verbundmaterial kein Bisphenol-A enthalten, welches oftmals in einer Bindemittelmatrix auf Basis von Epoxidharzen vorhanden ist und mittlerweile sehr in Verruf geraten sowie als „besonders besorgniserregender Stoff“ gelistet ist, da ernsthafte Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit als wahrscheinlich gelten. Ferner sind die genannten Bindemittel vergleichsweise UV stabil und neigen nicht zur Versprödung. Dadurch eignet sich das erfindungsgemäße Formteil beispielsweise hervorragend für einen Einsatz in einem Fahrzeuginnenraum, da eine gesundheitliche Gefährdung der Insassen ausgeschlossen und eine hohe Lebensdauer des Formteiles gewährleistet ist.
Die Erfindung sieht vor, dass die Dekorschicht ein Verbundmaterial, insbesondere ein Faser-Matrix-Material ist oder umfasst. Die Dekorschicht kann nicht nur aus einer Dekorlage, sondern aus zwei oder mehreren Lagen bestehen. Beispielsweise kann die Dekorschicht neben der Dekorlage, die aus dem vorgenannten Verbundmaterial, insbesondere Faser-Matrix-Material gebildet ist, eine Zusatzlage, beispielsweise ein Vlies zur Stabilisierung der Dekorschicht und/oder eine blickdichte Lage, und/oder eine oder mehrere Klebelagen aufweisen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Träger ein Kunststoffträger ist, wobei der Kunststoffträger, vorzugsweise mittels Spritzgießen, an der Rückseite der Dekorschicht angespritzt ist. Alternativ kann der Träger an der Rückseite der Dekorschicht, insbesondere mittels der Klebelage(n), angeklebt oder angepresst sein. Der Träger kann aus einem transparenten oder transluzenten Kunststoff, beispielsweise PUR und/oder Polycarbonat („PC“), bestehen oder diesen umfassen.
An der Vorderseite der Dekorschicht kann eine Schutz- und/oder Optikschicht, insbesondere eine transparente oder transluzente Schutz- und/oder Optikschicht, besonders bevorzugt ein transparenter oder transluzenter Lack, angeordnet sein. Die Schutz- und/oder Optikschicht kann offenporig oder hochglänzend ausgebildet sein. Die Schutz- und/oder Optikschicht kann beispielsweise aufgegossen und/oder aufgesprüht und/oder aufgespritzt sein. Beispielsweise umfasst die Schutz- und/oder Optikschicht Polyurethan („PUR“) oder ist aus PUR gebildet.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Verbundmaterials, insbesondere eines erfindungsgemäßen Faser-Matrix-Materials umfasst die folgenden Schritte:

a) Bereitstellen des einzubettenden Materials, insbesondere Bereitstellen des Fasermaterials und/oder des stückigen Materials,
b) Herstellen und/oder Bereitstellen eines Bindemittelsystems umfassend eine wässrige (Polymer-)Dispersion auf Basis von Polyurethan, Polycarbonat, Acrylat, Polyvinylacetat, Carbonsäuren und/oder einer Lösung aus Celluloseacetobutyral (CAB) zur Ausbildung der Bindemittelmatrix,
c) Hinzugeben, insbesondere Einstreuen, des einzubettenden Materials in das Bindemittelsystem, und
d) Homogenisieren des Gemisches (oder: Grundmasse) aus einzubettendem Material und Bindemittelsystem.

Die Formulierung Bindemittelsystem umfassend eine wässrige (Polymer-) Dispersion „auf Basis von“ bedeutet, dass das Bindemittelsystem eine Dispersion enthaltend ein Bindemittel ist, wobei das Bindemittel Polyurethan, Polycarbonat, Acrylat, Polyvinylacetat, Carbonsäuren und/oder Celluloseacetobutyral (CAB) ist oder umfasst. Im Falle von Polyurethan, Polycarbonat, Acrylat, Polyvinylacetat und/oder Carbonsäuren ist die Dispersion eine wässrige Dispersion. Bei der Verwendung von CAB als Bindemittel liegt dieses als in einem geeigneten Lösungsmittel gelöstes Harz vor, kann jedoch aufgrund seiner hohen Polarität nach Bedarf mit Wasser verdünnt werden. Dabei kann das Bindemittelsystem lediglich eines der vorstehend genannten Bindemittel enthalten oder umfassen oder auch aus zwei oder mehreren der Bindemittel bestehen oder diese enthalten. Die wässrige Dispersion weist insbesondere einen Feststoffgehalt von 1 bis 70 Gew.-%, insbesondere 10 bis 50 Gew.-% auf.
Der Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, dass mittels des Verfahrens ein Verbundmaterial, insbesondere ein Faser-Matrix-Material hergestellt wird, welches aufgrund der eingesetzten Bindemittel einen im Vergleich zu Epoxid- oder UP-Harzen geringeren Anteil an flüchtigen organischen Verbindungen und somit geringere VOC-Werte oder zumindest lediglich sehr geringe Mengen an gesundheitsgefährdenden Stoffen, insbesondere auch kein Bisphenol-A, aufweist. Die Bindemittel haben eine hohe Biokompatibilität und eine Gesundheitsgefährdung wird verhindert oder ist zumindest deutlich reduziert. Ferner sind die genannten Bindemittel vergleichsweise UV stabil und neigen nicht zur Versprödung.
Im Nachgang zum Homogenisieren des Gemisches können weitere gängige, dem Fachmann bekannte Verfahrensschritte durchgeführt werden, um SMC (Sheet Molding Compound), BMC (Bulk Molding Compound) oder Prepreg Bauteile oder Halbzeuge herzustellen.
Gemäß bevorzugter Weiterbildungen des Verfahrens erfolgt das Hinzugeben, insbesondere Einstreuen des einzubettenden Materials in das Bindemittelsystem derart, dass das Bindemittelsystem mit einem Anteil von 10 bis 90 Gew.-%, insbesondere mit einem Anteil von 50 bis 80 Gew.-%, besonders bevorzugt mit einem Anteil von 60 bis 70 Gew.-% in dem Gemisch enthalten ist, und/oder das Hinzugeben, insbesondere Einstreuen des einzubettenden Materials in das Bindemittelsystem erfolgt derart, dass das einzubettende Material mit einem Anteil von 10 bis 60 Gew.-%, insbesondere mit einem Anteil von 20 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt mit einem Anteil von 30 bis 40 Gew.-% in dem Gemisch enthalten ist.
Das einzubettende Material kann als ein Fasermaterial oder ein stückiges oder granulatartiges Material vorliegen. Als Fasermaterial können dem Bindemittelsystem grundsätzlich Endlosfasern, die eine unidirektionale Schicht formen oder als Gewebe oder Gelege vorliegen, sowie Schnittfasern, also Faserstücke oder Faserschnipsel, zugegeben werden. In bevorzugten Ausgestaltungen wird als einzubettendes Material ein Fasermaterial aus nicht miteinander verwobenen Fasern in das Bindemittelsystem eingestreut.
In Ausgestaltungen wird oder werden dem Bindemittelsystem als einzubettendes Material, insbesondere als Fasermaterial oder als stückiges Material, eine oder mehrere der folgenden Faserarten und/oder Stückarten zugegeben bzw. in das Bindemittelsystem eingestreut: Carbonfasern und/oder Carbonstücke, Glasfasern und/oder Glasstücke, Holzfasern und/oder Holzstücke, Polyesterfasern, Nylonfasern, Seidenfasern, Steinfasern, beispielsweise Basalt, und/oder Steinstücke, beispielsweise Schiefer oder Granit, Metallfasern und/oder Metallstücke, Lederfasern und/oder Lederstücke, Papierfasern und/oder Papierstücke, Cellulosefasern und/oder Cellulosestücke, Polyamidfasern, Pflanzenfasern und/oder Pflanzenstücke. Die Fasern oder Stücke weisen typischerweise eine Länge zwischen 2 und 80 mm auf.
Vorzugsweise wird oder werden dem Bindemittelsystem als einzubettendes Material, insbesondere als Fasermaterial ein Forged Carbon Fasermaterial oder ein Forged Carbon Fasermaterial umfassendes Fasermaterial zugegeben bzw. in das Bindemittelsystem eingestreut. Das Fasermaterial ist somit aus Carbonfasern gebildet oder umfasst solche Carbonfasern, wodurch optisch ansprechende Effekte, insbesondere bei der Verwendung in einer Dekorschicht eines Formteils, erzielt werden können. Die Carbonfasern weisen typischerweise eine Länge zwischen 2 und 80 mm auf.
In bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass dem Bindemittelsystem vor dem Hinzugeben, insbesondere Einstreuen des einzubettenden Materials, insbesondere des Fasermaterials und/oder vor dem Homogenisieren des Gemisches wenigstens ein Additiv und/oder wenigstens einen Füllstoff und/oder wenigstens ein Farbmittel und/oder wenigstens ein Filmbildehilfsmittel zugegeben wird oder werden. Als Additive werden beispielsweise Netzmittel, Dispergierhilfsmittel oder Entschäumer zugegeben, die der Benetzung der Fasern und/oder der Stabilisierung des Bindemittelsystems, insbesondere während der Homogenisierung des Gemisches dienen. Als Füllstoff wird beispielsweise Talkum oder Kreide zugegeben. Der Füllstoff verringert insbesondere einen Schwund des Faser-Matrix-Materials während der Aushärtung, sodass innere Spannungen in dem Material reduziert oder sogar verhindert werden. Als Farbmittel werden beispielsweise wasserunlösliche Pigmente und/oder wasserlösliche Farbstoffe zugegeben. Als Filmbildehilfsmittel werden vorzugsweise organische Lösungsmittel zugegeben, die im Verlauf des Herstellungsverfahrens zumindest größtenteils wieder aus dem Material entweichen. Der Anteil der Additive und/oder Füllstoffe und/oder Farbmittel und/oder Filmbildehilfsmittel ist vorzugsweise auf einen Anteil von maximal 50 Gew.-%, insbesondere auf einen Anteil von maximal 40 Gew.-% begrenzt.
In Ausgestaltungen wird dem Bindemittelsystem vor dem Hinzugeben, insbesondere Einstreuen des einzubettenden Materials, insbesondere des Fasermaterials und/oder vor dem Homogenisieren des Gemisches wenigstens ein Lack, insbesondere ein 1-Komponenten-Lack ohne, mit oder umfassend blockiertes Isocyanat oder ein 2-Komponenten-Lack ohne, mit oder umfassend Isocyanat, zugegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Formteils umfasst die folgenden Schritte:

a) Herstellen und Bereitstellen des erfindungsgemäßen Verbundmaterials, insbesondere des erfindungsgemäßen Faser-Matrix-Materials mit dem erfindungsgemäßen Verfahren,
b) Herstellen und Bereitstellen eines Dekormaterials zur Ausbildung der Dekorschicht, insbesondere zur Ausbildung wenigstens einer Dekorlage der Dekorschicht, wobei bei der Herstellung des Dekormaterials das gemäß Schritt a) hergestellte und bereitgestellte Verbundmaterial eingesetzt wird,
c) Herstellung der Dekorschicht, insbesondere wenigstens der Dekorlage der Dekorschicht, aus dem gemäß Schritt c) hergestellten und bereitgestellten Dekormaterials durch Trocknen und/oder Aushärten und/oder Formen des Dekormaterials,
d) Anbringen des Trägers an die Rückseite der Dekorschicht.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich in vorteilhafter Weise Formteile herstellen, die beispielsweise hervorragend für einen Einsatz in einem Fahrzeuginnenraum geeignet sind, da die verwendeten Bindemittel einen im Vergleich zu Epoxid- oder UP-Harzen geringeren Anteil an flüchtigen organischen Verbindungen und somit geringere VOC-Werte oder zumindest lediglich sehr geringe Mengen an gesundheitsgefährdenden Stoffen, insbesondere kein Bisphenol-A. aufweisen, wodurch eine Gesundheitsgefährdung der Insassen verhindert oder ist zumindest auf ein nicht signifikantes Maß reduziert wird. Ferner sind die genannten Bindemittel vergleichsweise UV stabil und neigen nicht zur Versprödung.
Die Erfindung sieht vor, dass die Herstellung der Dekorschicht, insbesondere wenigstens einer Dekorlage der Dekorschicht durch Trocknen und/oder Aushärten und/oder Formen des aus dem Verbundmaterial, insbesondere Faser-Matrix-Material bestehenden oder dieses umfassenden Dekormaterials erfolgt. Dies erfolgt beispielsweise mittels Formpressen oder in Spritzgießwerkzeugen.
Die Dekorschicht kann nicht nur aus einer Dekorlage, sondern aus zwei oder mehreren Lagen bestehen, sodass die Herstellung der Dekorschicht neben der Herstellung der Dekorlage die Bereitstellung einer oder mehrerer Zusatzlagen, beispielsweise ein Vlies zur Stabilisierung der Dekorschicht und/oder eine blickdichte Lage, und/oder einer oder mehrerer Klebelagen, und deren jeweilige Anbringung an die Dekorlage bzw. an eine der Zusatzlagen umfassen kann.
Der Träger kann vorzugsweise ein Kunststoffträger sein, der insbesondere mittels Spritzgießen an der Rückseite der Dekorschicht angespritzt wird, oder der insbesondere mittels einer oder mehrerer Klebeschichten, an die Rückseite der Dekorschicht angeklebt oder angepresst wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, erfolgt das Trocknen und/oder Aushärten und/oder Formen des Dekormaterials zur Herstellung der Dekorschicht bei einer Temperatur von 20 bis 200°C, insbesondere von 40 bis 180°C, bevorzugt von 60 bis 160°C, erfolgt, und/oder einem Druck von 5 bis 150 bar, insbesondere 50 bis 130 bar, bevorzugt von 80 bis 110 bar erfolgt. Dadurch reduziert sich die Restfeuchte des Dekormaterials in der Dekorschicht auf eine Restfeuchte unter 5%, insbesondere unter 3%, besonders bevorzugt unter 1% liegt.
Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand von Beispielrezepturen gemäß Ausführungsbeispielen sowie der 1, die einen Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Formteils in einer Schnittdarstellung zeigt, näher erläutert.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines als Dekorteil und/oder Verkleidungsteil für einen Fahrzeuginnenraum ausgebildeten erfindungsgemäßen Formteils 10. Das Formteil 10 umfasst eine Dekorschicht 11 mit einer als Sichtseite ausgebildeten Vorderseite 12 und einer der Vorderseite 12 gegenüberliegenden Rückseite 13. Die Dekorschicht 11 umfasst beispielhaft eine Dekorlage 14 und eine Zwischenlage 15, beispielsweise eine Klebeschicht. An der Rückseite 13 der Dekorschicht 11 ist ein Träger 16 angeordnet. Der Träger 16 ist ein Kunststoffträger, der beispielsweise mittels Spritzgießen an der Rückseite 13 der Dekorschicht 11 angespritzt ist.
Die Dekorschicht 11 umfasst ein Verbundmaterial, vorliegend ein Faser-Matrix-Material, welches vorliegend die Dekorlage 14 ausbildet.

Das Faser-Matrix-Material sowie dessen Herstellung wird anhand der nachfolgend dargestellten Beispielrezepturen 1 und 2 und mittels des nachfolgend beschriebenen Verfahrens erläutert.

	Beispiel 1	Beispiel 2
Bindemittelsystem	Wässrige Dispersion auf Basis von Carbonsäuren	Wässrige Dispersion auf Basis von Acrylat
Fasermaterial	Carbon	Carbon
Bindemittelanteil Gemisch („Grundmasse“)	65 Gew.-%	65 Gew.-%
Faseranteil Gemisch („Grund masse“)	35 Gew.-%	35 Gew.-%
Bindemittelanteil Halbzeug	48 Gew.-%	46 Gew.-%
Faseranteil Halbzeug	52 Gew.-%	54 Gew.-%

Das Faser-Matrix-Material ist ein Faser-Matrix-Halbzeug, welches exemplarisch ein in eine Bindemittelmatrix eingebettetes Fasermaterial umfasst. Die Bindemittelmatrix ist eine Kunststoffmatrix auf Basis von Polyurethan, Polycarbonat, Acrylat, Polyvinylacetat, Carbonsäuren und/oder Celluloseacetobutyral (CAB), gemäß dem Ausführungsbeispiel eine Kunststoffmatrix auf Basis von Carbonsäuren bzw. auf Basis von Acrylat.
Der Anteil der Bindemittelmatrix in dem Faser-Matrix-Material beträgt beispielsweise 48 Gew-% (Beispiel 1) oder 46 Gew.-% (Beispiel 2). Der Anteil des Fasermaterials in dem Faser-Matrix-Material beträgt beispielsweise 52 Gew.-% (Beispiel 1) oder 54 Gew.-% (Beispiel 2).
Das Fasermaterial ist beispielhaft ein Fasermaterial aus nicht miteinander verwobenen Fasern, exemplarisch Carbonfasern mit einer Länge von etwa 25 mm, ein sogenanntes „Forged Carbon Fasermaterial“. Anstelle oder neben den genannten Carbonfasern können weitere Faserarten, beispielsweise Glasfasern, Holzfasern, Polyesterfasern, Nylonfasern, Seidenfasern, Steinfasern, Metallfasern, Lederfasern, Papierfasern, Cellulosefasern, Polyamidfasern, Pflanzenfasern und/oder Pflanzenstücke in der Bindemittelmatrix eingebettet sein.
Ferner sind in der Bindemittelmatrix Additive, Füllstoffe, Farbmittel und/oder Filmbildehilfsmittel sowie wenigstens ein Lack, insbesondere ein 1-Komponenten-Lack ohne, mit oder umfassend blockiertes Isocyanat oder ein 2-Komponenten-Lack ohne, mit oder umfassend Isocyanat, enthalten.
Zur Herstellung des Faser-Matrix-Materials wird in einem ersten Schritt a) das Fasermaterial, vorliegend ein Fasermaterial aus nicht miteinander verwobenen Carbonfasern mit einer Länge von etwa 25 mm, ein sogenanntes „Forged Carbon Fasermaterial“, bereitgestellt. Anstelle oder neben den genannten Carbonfasern können weitere Faserarten, beispielsweise Glasfasern, Holzfasern, Polyesterfasern, Nylonfasern, Seidenfasern, Steinfasern, Metallfasern, Lederfasern, Papierfasern, Cellulosefasern, Polyamidfasern, Pflanzenfasern und/oder Pflanzenstücke bereitgestellt werden.
In einem zweiten Schritt b) wird das Bindemittelsystem bereitgestellt oder hergestellt. Gemäß Beispiel 1 umfasst das Bindemittelsystem eine wässrige Dispersion auf Basis von Carbonsäuren, gemäß Beispiel 2 wird eine wässrige Polymerdispersion auf Basis von Acrylat eingesetzt. Das Bindemittelsystem kann neben der wässrigen Dispersion weitere Stoffe, insbesondere wenigstens ein Additiv und/oder wenigstens einen Füllstoff und/oder wenigstens ein Farbmittel und/oder wenigstens ein Filmbildehilfsmittel enthalten, die dem Bindemittelsystem zur Herstellung desselben vor dem Einstreuen des Fasermaterials und/oder vor dem Homogenisieren des Gemisches aus Fasermaterial und Bindemittelsystem zugegeben werden. Ferner kann dem Bindemittelsystem ein Lack, insbesondere ein 1-Komponenten-Lack ohne, mit oder umfassend blockiertes Isocyanat oder ein 2-Komponenten-Lack ohne, mit oder umfassend Isocyanat, zugegeben werden.
In einem dritten Schritt c) wird das Fasermaterial in das Bindemittelsystem eingestreut. Dies erfolgt gemäß den beiden Beispielen 1 und 2 jeweils derart, dass das Bindemittelsystem mit einem Anteil von etwa 65-Gew.-% und das Fasermaterial mit einem Anteil von etwa 35 Gew.-% in dem Gemisch (oder: Grundmasse) aus Bindemittelsystem und Fasermaterial enthalten ist.
In einem vierten Schritt d) wird das Gemisch oder die Grundmasse aus Bindemittelsystem und Fasermaterial homogenisiert, um das Faser-Matrix-Material zu erhalten.
Zum Herstellen des in 1 exemplarisch gezeigten Formteils 10 wird zunächst nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren das Faser-Matrix-Material hergestellt und zur Herstellung des Formteils 10 bereitgestellt (Schritt a)).
Das Faser-Matrix-Material wird anschließend in einem Schritt b) als Dekormaterial zur Ausbildung der Dekorschicht 11, genauer der Dekorlage 14 eingesetzt.
Die Herstellung der Dekorschicht 11 erfolgt dabei gemäß Schritt c) durch Trocknen, Aushärten und Formen des aus dem Faser-Matrix-Material gebildeten oder dieses umfassenden Dekormaterials. Hieraus wird die Dekorschicht 11, exemplarisch die Dekorlage 14 gebildet. Dieserfolgt in einer Formgebungseinheit, insbesondere in einem Presswerkzeug, bei einem Druck von 5 bis 150 bar, insbesondere 50 bis 130 bar, und bei einer Temperatur von 20 bis 200°C, insbesondere von 40 bis 180°C, bevorzugt von 60 bis 120°C. In der Formgebungseinheit wird das Faser-Matrix-Material somit unter Beaufschlagung von Temperatur und Druck geformt, getrocknet und ausgehärtet. Gegebenenfalls werden bei der Herstellung der Dekorschicht 11 weitere Zwischenlagen, beispielsweise eine Stabilisierungsschicht oder eine Klebelage, auf die Dekorlage 14 aufgebracht oder an dieser angeordnet. Eine solche Zwischenlage kann beispielsweise bei der Herstellung der Dekorlage 14 in die Formgebungseinheit mit eingelegt und an diese angepresst oder angedrückt werden, um die Dekorschicht 11 herzustellen. Alternativ kann die Zwischenlage auf die Dekorlage 14 aufkaschiert werden. Vorliegend umfasst die Dekorlage exemplarisch eine an der Rückseite der Dekorlage 14 aufgebrachte Zwischenlage 15.
In einem letzten Schritt (Schritt d)) wird der Träger 16 an die Rückseite der Dekorschicht 11 angebracht. Dies kann beispielsweise durch Hinterspritzen der Dekorschicht 11 oder Pressen und Verkleben des Trägers 16 mit der Rückseite der Dekorschicht 11 erfolgen. Die zuvor beschriebene Zwischenlage 15, welche vorliegend die Rückseite der Dekorschicht 11 bildet, kann alternativ auch auf den Träger 16 aufgebracht, insbesondere aufgepresst und dann gemeinsam mit dem Träger 16 an der Dekorlage 14 angebracht werden.
Bezugszeichenliste

10: Formteil
11: Dekorschicht
12: Vorderseite der Dekorschicht
13: Rückseite der Dekorschicht
14: Dekorlage
15: Zwischenlage
16: Träger

Claims

Verbundmaterial, insbesondere Faser-Matrix-Material, insbesondere Faser-Matrix-Halbzeug, umfassend ein in eine Bindemittelmatrix eingebettetes Material, insbesondere ein in eine Bindemittelmatrix eingebettetes Fasermaterial oder ein in eine Bindemittelmatrix eingebettetes stückiges Material, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittelmatrix eine Kunststoffmatrix auf Basis von Polyurethan, Polycarbonat, Acrylat, Polyvinylacetat, Carbonsäuren und/oder Celluloseacetobutyral (CAB) ist.
Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Bindemittelmatrix in dem Verbundmaterial 1 bis 60 Gew.-%, insbesondere 30 bis 60 Gew.-%, bevorzugt 40 bis 55 Gew.-%, besonders bevorzugt 45 bis 50 Gew.-% beträgt, und/oder dass der Anteil des eingebetteten Materials in dem Verbundmaterial 1 bis 60 Gew.-%, insbesondere 30 bis 60 Gew.-%, bevorzugt 45 bis 60 Gew.-%, besonders bevorzugt 50 bis 55 Gew.-% beträgt.
Verbundmaterialnach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das eingebettete Material ein Fasermaterial aus nicht miteinander verwobenen Fasern ist oder umfasst.
Verbundmaterialnach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das eingebettete Material aus einer oder mehreren der folgenden Faserarten oder Stückarten zusammensetzt: Carbonfasern und/oder Carbonstücke, Glasfasern und/oder Glasstücke, Holzfasern und/oder Holzstücke, Polyesterfasern, Nylonfasern, Seidenfasern, Steinfasern und/oder Steinstücke, Metallfasern und/oder Metallstücke, Lederfasern und/oder Lederstücke, Papierfasern und/oder Papierstücke, Cellulosefasern und/oder Cellulosestücke, Polyamidfasern, Pflanzenfasern und/oder Pflanzenstücke.
Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eingebettete Material ein Forged Carbon Fasermaterial ist oder ein Forged Carbon Fasermaterial umfasst.
Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittelmatrix wenigstens ein Additiv und/oder wenigstens einen Füllstoff und/oder wenigstens ein Farbmittel und/oder wenigstens ein Filmbildehilfsmittel enthält.
Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittelmatrix wenigstens einen Lack, insbesondere einen 1-Komponenten-Lack ohne, mit oder umfassend blockiertes Isocyanat oder einen 2-Komponenten-Lack ohne, mit oder umfassend Isocyanat, enthält.
Formteil (10) umfassend eine Dekorschicht (11) mit einer als Sichtseite ausgebildeten Vorderseite (12) und einer der Vorderseite (12) gegenüberliegenden Rückseite (13), und einen an der Rückseite der Dekorschicht (11) angeordneten Träger (16), wobei die Dekorschicht (11) aus einem Verbundmaterial, insbesondere einem Faser-Matrix-Material besteht oder ein Verbundmaterial, insbesondere ein Faser-Matrix-Material umfasst, und wobei das Verbundmaterial ein Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist oder aus einem Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche gebildet ist.
Verfahren zum Herstellen des Verbundmaterials, insbesondere Faser-Matrix-Materials nach einem der Ansprüche 1 bis 7 umfassend die Schritte: a) Bereitstellen des einzubettenden Materials, insbesondere Bereitstellen des Fasermaterials oder des stückigen Materials, b) Herstellen und/oder Bereitstellen eines Bindemittelsystems umfassend eine wässrige Dispersion auf Basis von Polyurethan, Polycarbonat, Acrylat, Polyvinylacetat, Carbonsäuren und/oder einer Lösung aus Celluloseacetobutyral (CAB) zur Ausbildung der Bindemittelmatrix, c) Hinzugeben des einzubettenden Materials in das Bindemittelsystem, und d) Homogenisieren des Gemisches aus einzubettendem Material und Bindemittelsystem.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Hinzugeben des einzubettenden Materials in das Bindemittelsystem derart erfolgt, dass das Bindemittelsystem mit einem Anteil von 10 bis 90 Gew.-%, insbesondere mit einem Anteil von 50 bis 80 Gew.-%, besonders bevorzugt mit einem Anteil von 60 bis 70 Gew.-% in dem Gemisch enthalten ist, und/oder dass das Hinzugeben des einzubettenden Materials in das Bindemittelsystem derart erfolgt, dass das einzubettende Material mit einem Anteil von 10 bis 60 Gew.-%, insbesondere mit einem Anteil von 20 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt mit einem Anteil von 30 bis 40 Gew.-% in dem Gemisch enthalten ist.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das einzubettende Material ein Fasermaterial aus nicht miteinander verwobenen Fasern ist oder umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich das einzubettende Material aus einer oder mehreren der folgenden Faserarten oder Stückarten zusammensetzt: Carbonfasern und/oder Carbonstücke, Glasfasern und/oder Glasstücke, Holzfasern und/oder Holzstücke, Polyesterfasern, Nylonfasern, Seidenfasern, Steinfasern und/oder Steinstücke, Metallfasern und/oder Steinstücke, Lederfasern und/oder Lederstücke, Papierfasern und/oder Papierstücke, Cellulosefasern und/oder Cellulosestücke, Polyamidfasern, Pflanzenfasern und/oder Pflanzenstücke.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das einzubettende Material ein Forged Carbon Fasermaterial ist oder ein Forged Carbon Fasermaterial umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass dem Bindemittelsystem vor dem Einstreuen des einzubettenden Materials und/oder vor dem Homogenisieren des Gemisches wenigstens ein Additiv und/oder wenigstens einen Füllstoff und/oder wenigstens ein Farbmittel und/oder wenigstens ein Filmbildehilfsmittel zugegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass dem Bindemittelsystem vor dem Hinzugeben des einzubettenden Materials und/oder vor dem Homogenisieren des Gemisches wenigstens ein Lack, insbesondere ein 1-Komponenten-Lack ohne, mit oder umfassend blockiertes Isocyanat oder ein 2-Komponenten-Lack ohne, mit oder umfassend Isocyanat, zugegeben wird.
Verfahren zum Herstellen des Formteils (10) nach Anspruch 8 umfassend die Schritte: a) Herstellen und Bereitstellen des Verbundmaterials, insbesondere des Faser-Matrix-Materials nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, b) Herstellen und Bereitstellen eines Dekormaterials zur Ausbildung der Dekorschicht (11), wobei bei der Herstellung des Dekormaterials das gemäß Schritt a) hergestellte und bereitgestellte Verbundmaterial eingesetzt wird, c) Herstellung der Dekorschicht (11) aus dem gemäß Schritt b) hergestellten und bereitgestellten Dekormaterials durch Trocknen und/oder Aushärten und/oder Formen des Dekormaterials, d) Anbringen des Trägers (16) an die Rückseite der Dekorschicht (11).
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknen und/oder Aushärten und/oder Formen des Dekormaterials zur Herstellung der Dekorschicht (11) bei einer Temperatur von 20 bis 200°C, insbesondere von 40 bis 180°C, bevorzugt von 60 bis 120°C, erfolgt, und/oder einem Druck von 5 bis 150 bar, insbesondere 50 bis 130 bar, bevorzugt von 80 bis 110 bar erfolgt.