DE102022211658A1

DE102022211658A1 - Wasserschutzschild für Autotürverkleidung

Info

Publication number: DE102022211658A1
Application number: DE102022211658.5A
Authority: DE
Inventors: Thibault Lafont
Original assignee: Autoneum Management AG
Current assignee: Autoneum Management AG
Priority date: 2021-11-05
Filing date: 2022-11-04
Publication date: 2023-05-11

Abstract

Wasserschutz für eine Fahrzeugtürverkleidung, umfassend eine Strukturschicht, die eine poröse Faserstrukturschicht und einen wasserdichten Film umfasst, wobei eine Seite des wasserdichten Films dazu dient, einem Fahrzeugtürverkleidungshohlraum zugewandt zu sein, und die andere Seite des wasserdichten Films mit einer Seite der porösen Faserstrukturschicht verbunden ist und wobei die poröse Faserstrukturschicht im Wesentlichen entweder aus Stapelfasern und einem thermoplastischen Bindemittel oder aus thermoplastischen Bikomponenten-Endlosfilamenten besteht.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Wasserabschirmungen für Kraftfahrzeugtürverkleidungen.
Stand der Technik
Die Hauptstruktur einer Türverkleidung für ein Straßenfahrzeug besteht in der Regel aus einem Außenblech und einem Innenblech, die beide im Allgemeinen aus Metall bestehen. Das Außenblech ist im Allgemeinen gekrümmt und passt sich an die Außenfläche der Fahrzeugkarosserie an. Das Innenblech ist im Wesentlichen flach, wobei seine Ränder am Umfang mit dem Außenblech verbunden sind. Dies wird in der Regel dadurch erreicht, dass der Umfangsrand des Außenblechs um den des Innenblechs gefalzt und die beiden dann miteinander verschweißt werden. Wenn das äußere und das innere Blech eines Türblattes miteinander verbunden sind, entsteht zwischen ihnen ein Hohlraum, der gemeinhin als „Türblatthohlraum“ bezeichnet wird.
Das Innenblech der Türverkleidung weist in der Regel eine große zentrale Öffnung auf, die sowohl zur Begrenzung des Gewichts der Türverkleidung als auch für den Zugang zu Bauteilen vorgesehen werden kann, die sich möglicherweise im Hohlraum der Türverkleidung befinden, wie z. B. Mechanismen zum Heben und Senken der Türscheibe, Verriegelungsmechanismen für die Tür, Bauteile für den Türgriff, Bauteile zur Befestigung und Einstellung der Seitenspiegel u s w.
Darüber hinaus ist eine Innenverkleidung an der Innenseite der Türverkleidung angebracht. Üblicherweise ist die Innenverkleidung auf der Seite, die der Seite gegenüberliegt, auf der sie am Innenblech der Türverkleidung befestigt ist, direkt dem Fahrzeuginnenraum zugewandt. Die Verkleidung wird in der Regel an mehreren Punkten am Rand der Türverkleidung befestigt. Innenverkleidungen können aus Kunststoff oder aus einem Verbundwerkstoff aus Kunststoff und Textilien oder sogar aus einer mit Textilien überzogenen Kunststoff-, Holz- oder Metallplatte hergestellt werden.
Der obere Rand des Türpaneel-hohlraums ist mit einer Aussparung versehen, um einen Schlitz zur Aufnahme des Türfensterglases zu bilden, das in den Hohlraum abgesenkt oder zum Schließen des Fensters nach oben gehoben werden kann. Da es möglich ist, dass Wasser durch den Schlitz um das Glas herum in den Hohlraum eindringt, ist es üblich, an der unteren Kante der Außenplatte des Türpaneels Abfluss- oder Entwässerungslöcher vorzusehen. Es kann jedoch vorkommen, dass die Abflusslöcher verstopft sind, z. B. durch Staub oder Schmutz, so dass sich Wasser im Türblatt-Hohlraum ansammeln kann.
Darüber hinaus ermöglicht das Vorhandensein von Abflusslöchern das Eindringen von Wasser in den Türhohlraum, falls das Fahrzeug durch tiefes Wasser fahren muss. Diese Fahrsituation ist gar nicht so ungewöhnlich, wie die Tatsache beweist, dass die Fahrzeughersteller üblicherweise „Wasser waten Tests“ durchführen, um die Fähigkeit eines Fahrzeugs zu beurteilen, in einer solchen Situation richtig zu funktionieren. Während das Fahrzeug durch tiefes Wasser gefahren wird, insbesondere bei einem „Wasser waten Tests“, kann zumindest der untere Teil des Türverkleidungshohlraums vollständig mit Wasser gefüllt sein.
Innenverkleidungen, insbesondere, wenn sie mit textilen Teilen versehen sind, können anfällig für Wasser sein. Um zu verhindern, dass Wasser, das in den Türverkleidungshohlraum eindringt oder sich sogar darin ansammelt, mit der Verkleidung in Berührung kommt, ist es daher üblich, die zentrale Öffnung in der Innenfolie der Türverkleidung zu schließen, indem darauf eine wasserundurchlässige Barriere angebracht wird, die gemeinhin als Wasserschutzschild bezeichnet wird. Das Wasserschild befindet sich somit zwischen der Innenverkleidung und dem Hohlraum der Türverkleidung und verhindert, dass Wasser mit der Innenverkleidung selbst in Kontakt kommt.
In seiner typischen Form kann ein Wasserschutzschild aus einer dünnen, flexiblen, wasserdichten Kunststofffolie bestehen, die auf die Größe und Form zugeschnitten wird, die zum Abdecken der Öffnung in der Innenplatte der Tür erforderlich ist. In der Regel wird ein druckempfindlicher Klebstoff auf die Randbereiche des Wasserschutzschildes aufgetragen, so dass er gegen die Innenplatte der Tür gepresst und somit an dieser festgeklebt werden kann.
Diese Art der Umsetzung ist zwar einfach, kann aber insofern ein Problem darstellen, als ein Wasserschild aus einer dünnen, flexiblen Kunststofffolie dem Druck des Wassers, das sich möglicherweise im Türblatthohlraum ansammelt, nicht standhalten kann. So kann sich beispielsweise bei einem «Wasser waten Test» zumindest der untere Teil des Türblatthohlraums vollständig mit Wasser füllen, was einen erheblichen Druck auf den Wasserschild ausüben kann. Unter diesem Druck wird sich ein Wasserschild, dass nur aus einer dünnen Kunststofffolie besteht, stark verbiegen und kann brechen oder sich von der Innenseite des Türblechs lösen.
Um eine höhere Steifigkeit zu erreichen, besteht die im Stand der Technik übliche Lösung darin, die Dicke des Kunststoff-Wasserschutzes auf bis zu 2-3 mm zu erhöhen. Dies führt zu einem steifen, strukturellen Wasserschutzschild, das vollständig aus Kunststoff besteht. Dies führt jedoch auch zu einer erheblichen Gewichtszunahme, die wiederum zu einem Anstieg des Kraftstoffverbrauchs und der CO₂ Emissionen des Fahrzeugs führen kann.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wasserschutzschild für eine Türverkleidung eines Straßenfahrzeugs bereitzustellen, das sowohl leicht als auch ausreichend steif ist, um den strukturellen Belastungen standzuhalten, denen es während der Lebensdauer des Fahrzeugs selbst ausgesetzt sein kann, insbesondere denen, die sich aus der Ansammlung von Wasser im Türverkleidungshohlraum ergeben, und somit die oben genannten Einschränkungen des Standes der Technik zu überwinden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Wasserschutzschild für eine Fahrzeugtürverkleidung nach Anspruch 1 gelöst.
Insbesondere wird der Zweck der Erfindung durch einen Wasserschutzschild für eine Fahrzeugtürverkleidung erreicht, der eine Strukturschicht umfasst, die eine poröse Faserstrukturschicht und eine wasserdichte Folie umfasst, wobei eine Seite der wasserdichten Folie einem Fahrzeugtürverkleidungshohlraum zugewandt ist und die andere Seite der wasserdichten Folie mit einer Seite der porösen Faserstrukturschicht verbunden ist und wobei die poröse Faserstrukturschicht im Wesentlichen entweder aus Stapelfasern und einem thermoplastischen Bindemittel oder aus thermoplastischen Bikomponenten-Endlosfilamenten besteht.
Der Begriff „besteht im Wesentlichen aus“ ist in dem Sinne zu verstehen, dass die poröse Faserstrukturschicht neben den Stapelfasern und dem thermoplastischen Bindemittel oder den thermoplastischen Bikomponenten-Endlosfilamenten auch geringe Mengen an Verunreinigungen enthalten kann.
Eine „Schicht“ ist ein Körper, der aus einem oder mehreren Materialien besteht und zwischen zwei eng beieinanderliegenden Flächen liegt, wobei der Abstand zwischen den Flächen wesentlich kleiner ist als ihre Abmessungen. Die beiden Flächen werden als die „Seiten“ der Schicht bezeichnet und liegen einander gegenüber. Der Abstand zwischen den beiden Oberflächen wird als die Dicke der Schicht bezeichnet, die variabel sein kann. Ein „Film“ ist eine sehr dünne Schicht mit einer blattähnlichen Form, deren Dicke im Vergleich zu den anderen Abmessungen des Films im Wesentlichen vernachlässigbar ist.
Überraschenderweise kann eine Strukturschicht mit ausreichender Festigkeit und Steifigkeit zur Verwendung als Wasserschutzschild für Fahrzeugtüren durch Konsolidierung einer porösen Faserschicht erhalten werden, die im Wesentlichen entweder aus Stapelfasern und einem thermoplastischen Bindemittel oder aus thermoplastischen Bikomponenten-Endlosfilamenten besteht. Da die so erhaltene poröse Faserstrukturschicht an sich schon genügend Festigkeit und Steifigkeit besitzt, sind keine weiteren Strukturschichten erforderlich. Die auf einer Seite der porösen Faserstrukturschicht aufgeklebte wasserdichte Folie hat in erster Linie die Funktion, das Bauteil wasserundurchlässig zu machen, und trägt nicht wesentlich zu seiner Steifigkeit, insbesondere zu seiner Biegesteifigkeit, bei. Die Kombination der porösen Faserstrukturschicht mit einer wasserdichten Folie führt zu einem Wasserschutzschild, das wesentlich leichter ist als die im Stand der Technik erhältlichen.
Überraschenderweise hat die erfindungsgemäße poröse Faserschicht, obwohl sie aus einem porösen Fasermaterial besteht, das viel leichter ist als die normalerweise in Wasserabweisern des Standes der Technik verwendeten Kunststoffe, einen strukturellen Charakter in dem Sinne, dass es sich um eine verfestigte und kompakte Schicht handelt, die nicht nur in der Lage ist, ihre Form unter der Last ihrer eigenen Schwerkraft unabhängig von ihrer Ausrichtung zu halten, sondern auch steif genug ist, um den strukturellen Belastungen, denen sie während der Lebensdauer des Fahrzeugs ausgesetzt sein kann, z. B. dem Druck des Wassers, das sich im Inneren der Türverkleidung ansammeln kann, ohne zu brechen, standzuhalten.
Noch überraschender ist, dass ein erfindungsgemäßer Wasserschutz dank der strukturellen Beschaffenheit und der hervorragenden mechanischen Eigenschaften der porösen Faserstrukturschicht auch für den Einbau von Komponenten geeignet sein kann, die zwischen der Innenverkleidung und dem Türinnenblech eingefügt werden, wie z. B. Lautsprecher oder Elektromotoren zur Betätigung der Fensterscheibe.
Vorzugsweise hat die poröse Faserstrukturschicht einen Biegemodul von mindestens 70 MPa, vorzugsweise zwischen 70 MPa und 1300 MPa, vorzugsweise zwischen 100 MPa und 950MPa, vorzugsweise zwischen 150 MPa und 700MPa, gemessen nach der aktuellen ISO 178 bei 23 Grad Celsius und 50 % relativer Luftfeuchtigkeit, um sich unter der Einwirkung der strukturellen Belastungen durch den Druck des Wassers, das sich möglicherweise im Inneren des Türpaneel-hohlraums ansammelt und/oder durch den Einbau von Bauteilen in diesen entsteht, nicht wesentlich zu verformen.
Überraschenderweise kann der gewünschte Effekt bereits mit einer relativ dünnen und leichten porösen Faserstrukturschicht gemäß der Erfindung erzielt werden. Vorzugsweise hat die poröse Faserstrukturschicht eine Dicke zwischen 1 mm und 10 mm, vorzugsweise zwischen 2 mm und 7 mm, noch bevorzugter zwischen 2 mm und 4 mm. Die poröse Faserstrukturschicht hat vorzugsweise ein Flächengewicht zwischen 500 g/m² und 2500 g/m², vorzugsweise zwischen 700 g/m² und 2000 g/m², noch mehr bevorzugt zwischen 1000 g/m² und 1600 g/m². Dies ist erheblich leichter als das typische Flächengewicht von Wasserschilden mit vergleichbarer Steifigkeit, die im Stand der Technik zu finden sind.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung besteht die poröse Faserstrukturschicht aus thermoplastischen Bikomponenten-Endlosfilamenten, die aus einem ersten Polymer und einem zweiten Polymer bestehen.
Endlosfilamente, im Folgenden auch als „Endlosfilamente“ oder einfach „Filamente“ bezeichnet, sind Endlosfasern mit unbestimmter Länge, d. h. nicht auf eine bestimmte Länge geschnitten wie Stapelfasern.
Bikomponenten-Filamente sind insbesondere Filamente aus zwei Polymeren mit unterschiedlicher chemischer und/oder physikalischer Struktur, die fest, aber trennbar miteinander verbunden sind. Bikomponenten-Filamente können mit Hilfe von in der Technik bekannten Verfahren hergestellt werden, z. B. durch Schmelzspinnen. Dabei werden die Polymere durch eine Spinndüse entweder nebeneinander (side-by-side-Konfiguration) oder umeinander (Kern-Mantel-Konfiguration) oder in einer Mischung mit inhomogener Verteilung (Insel-im-Meer- oder Segmented-Pie-Konfiguration) zu einer Faser versponnen. Darüber hinaus können die Filamente unterschiedliche Querschnitte aufweisen; vorzugsweise haben die verwendeten Filamente einen runden oder „tri-lobalen“ Querschnitt. Bei einem Bikomponenten-Filament hat das zweite Polymer einen niedrigeren Schmelzpunkt als das erste Polymer, so dass beim Erhitzen der Bikomponenten-Fasern das erste und zweite Polymer unterschiedlich reagieren. Wenn die Bikomponenten-Filamente auf eine Temperatur erhitzt werden, die über dem Erweichungs- oder Schmelzpunkt des zweiten Polymers (z. B. des Mantelpolymers in einer Mantel-Kern-Konfiguration) und unter dem Schmelzpunkt des ersten Polymers (z. B. des Kernpolymers in einer Mantel-Kern-Konfiguration) liegt, wird das zweite Polymer erweichen oder schmelzen, während das erste Polymer nicht erweicht. Eine Erweichung des zweiten Polymers führt dazu, dass das zweite Polymer klebrig wird und sich mit Filamenten verbindet, die sich in unmittelbarer Nähe befinden können. Gleichzeitig führt das Schmelzen des zweiten Polymers zur Bildung von Tröpfchen, die benachbarte Fasern an ihren Kreuzungspunkten verbinden, während das erste Polymer intakt bleibt und im Endprodukt ein Netzwerk aus festen, endlosen Filamenten bildet.
Ausgehend von einer nicht gewebten porösen Fasermatte, die aus Bikomponenten-Filamenten besteht, und deren Verarbeitung unter Wärmeeinwirkung bei einer Temperatur, die höher als die Schmelztemperatur des zweiten Polymers, aber niedriger als die Erweichungs- oder Schmelztemperatur des ersten Polymers ist, kann eine verfestigte und kompakte poröse Faserschicht erhalten werden.
Die Menge des zweiten Polymers liegt vorzugsweise zwischen 10 und 50 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der porösen Faserstrukturschicht, noch bevorzugter zwischen 20 und 40 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der porösen Faserstrukturschicht, um die Bindung zwischen den Filamenten zu verbessern.
Die überraschend guten mechanischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Wasserschildes, bei dem die poröse Faserstrukturschicht aus thermoplastischen Bikomponenten-Endlosfilamenten besteht, ergeben sich aus der Synergie zwischen der Endlosnatur und der Bikomponenten Natur der Filamente. Einerseits erstrecken sich die Endlosfasern über die gesamte Oberfläche des Wasserschildes. Andererseits garantiert das Schmelzen des zweiten Polymers die Bildung von Verbindungspunkten zwischen den Endlosfilamenten, die gleichmäßig über die gesamte Länge der Filamente verteilt sind. Das Ergebnis ist ein Netz von Endlosfasern, das sich über die gesamte Oberfläche des Wasserschildes erstreckt und fest miteinander verbunden ist. Ein solches Netz hat hervorragende mechanische Eigenschaften, insbesondere in Bezug auf die Biegesteifigkeit.
In einer bevorzugten Ausführungsform haben die endlosen Bikomponenten-Filamente eine Kern-Mantel-Konfiguration, bei der der Kern aus einem ersten Polymer mit einer höheren Schmelztemperatur und der Mantel aus einem zweiten Polymer mit einer niedrigeren Schmelztemperatur besteht. Da das zweite Polymer, das für die Bindung der Filamente verantwortlich ist, das erste Polymer vollständig umgibt, begünstigt diese Konfiguration die Bildung einer höheren Anzahl von Bindungspunkten zwischen den Kernen benachbarter Filamente und eine gleichmäßigere Verteilung dieser gleichen Bindungspunkte in der endgültigen porösen Faserstrukturschicht, wodurch deren strukturelle Leistung, insbesondere ihre Biegesteifigkeit, verbessert wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bestehen die Endlosfäden aus Polyester. Eine poröse Faserstrukturschicht, die im Wesentlichen aus Polyester besteht, ist vorteilhaft für das Recycling entweder von Produktionsabschnitten und/oder der gesamten porösen Faserstrukturschicht am Ende des Produktlebenszyklus. In dieser Ausführungsform ist das erste Polymer, d.h. das Polymer mit einem höheren Schmelzpunkt, vorzugsweise Polyethylenterephthalat (PET) oder Polybutylenterephthalat (PBT) und das zweite Polymer, d.h. das Polymer mit einem niedrigeren Schmelzpunkt, vorzugsweise ein Copolymer aus Polyethylenterephthalat (coPET) oder ein Copolymer aus Polybutylenterephthalat (coPBT).
In dieser Ausführungsform kann zumindest ein Teil des Polyesters vorteilhafterweise recycelt sein. Das als erstes Polymer verwendete PET kann beispielsweise aus Konsumgütern wie PET-Flaschenflocken oder aus PET-Verpackungsartikeln oder aus PET-Meeresprodukten wie Fischernetzen gewonnen werden, indem sie geschmolzen und zu Pellets geformt werden, die für den Spinnprozess verwendet werden können. Die Verwendung von recyceltem Polyester hat den Vorteil, dass die Umweltauswirkungen des Herstellungsprozesses des erfindungsgemäßen Wasserschilds, insbesondere sein CO₂ Fußabdruck, reduziert werden. In dieser Ausführungsform sind vorzugsweise mindestens 20 %, stärker bevorzugt mindestens 50 % und noch stärker bevorzugt mindestens 70 % des für die Bikomponentenfasern verwendeten Polyesters recycelter Polyester, wobei der Prozentsatz der Gewichtsprozentsatz ist, der in Bezug auf das Gesamtgewicht der porösen Faserstrukturschicht berechnet wird.
Wenn sie aus Polyester bestehen, liegt der Durchmesser der endlosen Bikomponenten-Filamente vorzugsweise zwischen 14 Mikron und 37 Mikron, noch bevorzugter zwischen 20 Mikron und 25 Mikron, um die erforderliche Festigkeit zu erreichen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung besteht die poröse Faserstrukturschicht aus Stapelfasern und einem thermoplastischen Bindemittel.
Stapelfasern sind auf eine bestimmte Länge geschnittene Fasern. Im erfindungsgemäßen Wasserschild wird den Stapelfasern ein thermoplastisches Bindemittel beigemischt, um sie nach einer Verarbeitung unter Hitze zu binden. Wenn die Prozesstemperatur über der Erweichungs- oder Schmelztemperatur des thermoplastischen Bindemittels liegt, schmilzt dieses und fließt durch Oberflächenspannung und Kapillarwirkung zu den Kreuzungspunkten zwischen den Fasern, wobei es Bindungsbereiche bildet, die durch anschließendes Abkühlen und thermische Schrumpfung des thermoplastischen Bindemittels selbst fixiert werden.
Die überraschend guten mechanischen Eigenschaften des Wasserschutzes ergeben sich aus der Tatsache, dass die poröse Faserstrukturschicht aus einer sehr großen Anzahl von Stapelfasern besteht, die dank der Wirkung des thermoplastischen Bindemittels praktisch an jedem Punkt, an dem sie miteinander in Kontakt sind, miteinander verklebt sind. Das Ergebnis ist eine Schicht, die aus einem Netz von Fasern besteht, die willkürlich ausgerichtet und strukturell an einer sehr großen Anzahl von Bindungspunkten miteinander verbunden und im Wesentlichen gleichmäßig verteilt sind. Ein solches Netz hat hervorragende mechanische Eigenschaften, insbesondere in Bezug auf die Biegesteifigkeit.
Die Stapelfasern bestehen vorzugsweise aus mindestens einer natürlichen Faser wie Baumwolle, Kenaf, Hanf, synthetischen thermoplastischen Fasern wie Polyester, Polyamid oder Polyolefin, anorganischen Fasern wie Glasfasern, Kohlenstofffasern oder Keramikfasern oder Mischungen davon.
Bei den Stapelfasern kann es sich um neue Fasern handeln, sie können aber auch zumindest teilweise aus recyceltem Material bestehen oder zumindest teilweise aus recyceltem Material hergestellt sein.
Vorzugsweise liegt der Durchmesser der Stapelfasern zwischen 14 und 37 Mikrometer, vorzugsweise zwischen 20 und 25 Mikrometer, um die Festigkeit zu erhöhen.
Das thermoplastische Bindemittel kann in Form eines Pulvers und/oder in Form von Fasern vorliegen und besteht vorzugsweise aus Polyester, Polyamid oder Polyolefin.
Die Menge des thermoplastischen Bindemittels in Gewichtsprozent der porösen Faserstrukturschicht liegt vorzugsweise zwischen 10 % und 50 %, besonders bevorzugt zwischen 20 % und 40 %, um die Bindung zwischen den Stapelfasern zu verbessern.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Bindemittel in Form von thermoplastischen Bikomponentenfasern vor, um die mechanischen Eigenschaften der faserigen porösen Schicht weiter zu verbessern. Bikomponentenfasern werden aus Bikomponenten-Endlosfilamenten gewonnen, indem sie auf eine bestimmte Länge geschnitten werden. In einer Bikomponentenfaser hat das zweite Polymer einen niedrigeren Schmelzpunkt als das erste Polymer, so dass beim Erhitzen der Bikomponentenfasern das erste und zweite Polymer unterschiedlich reagieren. Wenn die Bikomponenten-Bindefasern auf eine Temperatur erhitzt werden, die über dem Erweichungs- oder Schmelzpunkt des zweiten Polymers (z. B. des Mantelpolymers in einer Mantel-Kern-Konfiguration), aber unter dem Schmelzpunkt des ersten Polymers (z. B. des Kernpolymers in einer Mantel-Kern-Konfiguration) liegt, wird das zweite Polymer erweichen oder schmelzen, das erste Polymer jedoch nicht. Somit bildet das zweite Polymer nicht nur zwischen den Stapelfasern, sondern auch zwischen den festen Kernen der Bindefasern sowie zwischen letzteren und den Stapelfasern Bindungspunkte. Auf diese Weise tragen die Kerne der thermoplastischen Bindefasern zur mechanischen Festigkeit und Steifigkeit der aus dem Verfahren resultierenden porösen Faserstrukturschicht bei und erhöhen diese.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform haben die Bikomponenten-Bindefasern eine Kern-Mantel-Konfiguration, bei der der Kern aus einem ersten Polymer mit einer höheren Schmelztemperatur und der Mantel aus einem zweiten Polymer mit einer niedrigeren Schmelztemperatur besteht. Da das zweite Polymer, das für die Bindung verantwortlich ist, das erste Polymer vollständig umgibt, begünstigt diese Konfiguration die Bildung einer höheren Anzahl von Bindungspunkten und eine gleichmäßigere Verteilung dieser Bindungspunkte in der endgültigen porösen Faserstrukturschicht, wodurch ihre mechanische Leistung, insbesondere ihre Biegesteifigkeit, verbessert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt das thermoplastische Bindemittel in Form von Stapelfasern vor und sowohl die Stapelfasern als auch die thermoplastischen Stapelbindemittelfasern bestehen aus Polyester. Eine poröse Faserstrukturschicht, die im Wesentlichen aus Polyester besteht, ist vorteilhaft für die Wiederverwertung entweder von Produktionsabschnitten und/oder der porösen Faserstrukturschicht als Ganzes am Ende des Produktlebenszyklus.
In dieser Ausführungsform kann mindestens ein Teil, vorzugsweise mindestens 20 %, noch bevorzugter mindestens 50 % und noch bevorzugter mindestens 70 % des Polyesters vorteilhafterweise aus recyceltem Material bestehen, wobei der Prozentsatz der Gewichtsprozentsatz ist, der in Bezug auf das Gesamtgewicht der porösen Faserstrukturschicht berechnet wird. Die Verwendung von recyceltem Polyester hat den Vorteil, dass die Umweltauswirkungen des Herstellungsprozesses des erfindungsgemäßen Wasserschilds, insbesondere sein CO₂ Fußabdruck, reduziert werden.
In einer ersten weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Stapelfasern Einkomponenten-Polyesterfasern mit einer höheren Schmelztemperatur, die aus Polyethylenterephthalat (PET) oder Polybutylenterephthalat (PBT) bestehen, und die thermoplastischen Bindemittelfasern sind Einkomponenten-Polyesterfasern mit einer niedrigeren Schmelztemperatur, die aus einem Copolymer von Polyethylenterephthalat (coPET) oder einem Copolymer von Polybutylenterephthalat (coPBT) bestehen.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform sind die Stapelfasern Einkomponenten-Polyesterfasern mit höherer Schmelztemperatur, die aus Polyethylenterephthalat (PET) oder Polybutylenterephthalat (PBT) bestehen, und die thermoplastischen Bindemittelfasern bestehen aus Bikomponenten-Polyesterfasern, wobei das erste Polymer, d. h. das Polymer mit höherer Schmelztemperatur, vorzugsweise dasselbe ist, aus dem die Stapelfasern bestehen, und das zweite Polymer, d. h. das Polymer mit niedrigerer Schmelztemperatur, vorzugsweise ein Copolymer aus Polyethylenterephthalat oder Polybutylenterephthalat ist d.h. das Polymer mit einer höheren Schmelztemperatur, vorzugsweise dasselbe ist, aus dem die Stapelfasern bestehen, und das zweite Polymer, d. h. das Polymer mit einer niedrigeren Schmelztemperatur, vorzugsweise ein Copolymer von Polyethylenterephthalat (coPET) oder ein Copolymer von Polybutylenterephthalat (coPBT) ist.
Insbesondere in den beiden letztgenannten bevorzugten Ausführungsformen kann das PET, das für die Stapelfasern und/oder als erstes Polymer für die Bindefasern verwendet wird, vorteilhafterweise zumindest teilweise aus recyceltem Material bestehen. Es kann zum Beispiel aus Konsumgütern wie PET-Flaschen oder aus PET-Verpackungsartikeln oder aus PET-Meeresprodukten wie Fischernetzen recycelt werden, indem sie geschmolzen und zu Pellets geformt werden, die für den Spinnprozess verwendet werden können. Die Verwendung von recyceltem PET hat den Vorteil, dass die Umweltauswirkungen des Herstellungsprozesses des erfindungsgemäßen Wasserschilds, insbesondere sein CO₂ Fußabdruck, verringert werden.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind die Stapelfasern anorganische Fasern, vorzugsweise Glasfasern oder Kohlenstofffasern oder eine Mischung davon, und das thermoplastische Bindemittel besteht aus Polyamid, vorzugsweise Polyamid 6 oder Polyamid 66, oder Polyolefin, vorzugsweise Polypropylen. Die Verwendung anorganischer Fasern wie Glasfasern oder Kohlenstofffasern kann die strukturelle Steifigkeit (insbesondere die Biegesteifigkeit) weiter erhöhen und auch die Dimensionsstabilität und die Formdefinition des Endprodukts verbessern. Diese Ausführungsform ist daher vorzuziehen, wenn das Wasserschutzschild eine starke dreidimensionale Form hat.
In dieser Ausführungsform liegt die Menge an anorganischen Fasern vorzugsweise zwischen 20 und 80 Gew.-%, noch bevorzugter zwischen 30 und 70 Gew.-%, noch bevorzugter zwischen 40 und 60 Gew.-%, wobei der Prozentsatz der Gewichtsprozentsatz ist, der in Bezug auf das Gesamtgewicht der porösen faserigen Strukturschicht berechnet wird.
Beim erfindungsgemäßen Wasserschutzschild hat die wasserdichte Folie in erster Linie die Aufgabe zu verhindern, dass Wasser aus dem Türblatthohlraum austritt und möglicherweise mit der Türverkleidung in Kontakt kommt. Um diese Funktion ordnungsgemäß zu erfüllen, ist bei der Montage des erfindungsgemäßen Wasserschutzes auf der Türverkleidung eine Seite der wasserdichten Folie dem Innenblech der Türverkleidung selbst und damit auch dem Türverkleidungshohlraum zugewandt.
Vorzugsweise ist die wasserdichte Folie polymerer Natur. Vorzugsweise umfasst sie mindestens eines der Polymere oder Copolymere, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Polyester wie Polyethylenterephthalat (PET) oder Polybutylenterephthalat (PBT); Polyamid wie Polyamid 6 oder Polyamid 66; Polyolefin wie Polypropylen (PP), Polyethylen (PE); thermoplastischen Elastomeren (TPE) wie thermoplastischem Polyolefin (TPO), thermoplastischem Polyurethan (TPU); Elastomere wie Elastomere auf EPDM-Basis oder Elastomere auf Butadien-Basis oder Silikone; Hochleistungspolymere wie Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyetherimid, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyetheretherketon (PEEK); Ethylenvinylacetat (EVA); Biopolymere wie Polymilchsäure (PLA).
Für die Folie wird vorzugsweise ein thermoplastisches Material verwendet, das vorzugsweise zur Gruppe der Polyester oder Polyolefine gehört. Vorzugsweise gehören das Material oder die Materialien für die Folie und das Material oder die Materialien für die poröse Faserstrukturschicht derselben chemischen Gruppe an, was das Recycling erleichtert.
Die Folie kann einlagig, zweilagig oder mehrlagig sein. Zweischichtige oder mehrschichtige Folien können verwendet werden, um die Stabilität, Elastizität und/oder Robustheit weiter zu erhöhen. Bei der Verwendung von Zweischicht- oder Mehrschichtfolien kann eine Schicht so gewählt werden, dass sie gut an der porösen Faserstrukturschicht haftet, während die andere(n) Schicht(en) eine gute Wasserundurchlässigkeit gewährleisten.
Alternativ kann auch eine Leim- oder Klebeschicht verwendet werden, um die Folie mit der porösen Faserstrukturschicht zu verbinden.
Um die Verarbeitbarkeit zu begünstigen, hat die wasserdichte Folie vorzugsweise eine Reißfestigkeit von mehr als 20 MPa und eine Reißdehnung von mehr als 100 %. Falls die Folie anisotrop ist, beziehen sich diese Werte sowohl auf die Maschinenrichtung als auch auf die Querrichtung. Die Reißfestigkeit und die Bruchdehnung werden gemäß der aktuellen Fassung der ISO 527-1 und 527-3 gemessen.
Bei dem erfindungsgemäßen Wasserschutzschild wird die strukturelle Steifigkeit vollständig durch die Strukturschicht gewährleistet. Daher kann die Dicke der wasserdichten Folie wesentlich geringer sein als bei herkömmlichen Kunststoff-Wasserschutzschilden. Dies ist vorteilhaft, da dadurch das Gewicht des Wasserschutzschildes reduziert werden kann. Die Dicke der wasserdichten Folie liegt vorzugsweise zwischen 50 Mikrometer und 800 Mikrometer, besonders bevorzugt zwischen 100 Mikrometer und 500 Mikrometer.
Zur Verklebung mit dem Innenblech der Türverkleidung kann der erfindungsgemäße Wasserschutzschild mit einem im Wesentlichen durchgehenden Haftklebestreifen oder einer Haftklebewulst versehen sein, der bzw. die sich auf der dem Türverkleidungshohlraum zugewandten Seite über den gesamten Umfang der wasserdichten Folie erstreckt. Darüber hinaus können zur Verbesserung der Klebewirkung einzelne Haftklebepunkte an geeigneten Stellen angebracht werden. Auf diese Weise ist es möglich, den erfindungsgemäßen Wasserschutzschild bei der Montage des Fahrzeugs durch einfaches Andrücken an das Innenblech der Türverkleidung an der Türverkleidung zu befestigen.
Selbstverständlich muss der Haftklebestreifen nicht nur eine Klebewirkung, sondern auch eine ausreichende Dichtwirkung gewährleisten, um zu verhindern, dass Wasser durch ihn hindurchsickert. Geeignete Klebstoffe für diesen Zweck sind u. a. Butylklebstoffe, Schmelzklebstoffe oder andere nicht aushärtende Dichtstoffe, die klebrig bleiben, ohne zu reißen.
Der Klebestreifen und die Klebepunkte können mit einem Streifen Trennpapier abgedeckt werden, um sie vor dem Anhaften an anderen Oberflächen zu schützen, bis der Wasserschutzschild an der Türverkleidung montiert werden kann. Zu diesem Zeitpunkt kann das Trennpapier manuell entfernt werden, um die Klebepunkte und den Klebestreifen für die Verklebung mit dem Innenblech der Türverkleidung freizulegen.
Überraschenderweise ist die leichte Kombination aus einer porösen Faserstrukturschicht und einer wasserdichten Folie, die erfindungsgemäß miteinander verbunden sind, sehr wirksam bei der Reduzierung der Geräuschübertragung in den Fahrgastraum durch die Türverkleidung. Die Türverkleidung ist bekanntlich ein wichtiger Geräuschübertragungsweg, insbesondere für das von den Reifen abgestrahlte Geräusch.
Eine solche Kombination führt zu einem hervorragenden Gleichgewicht zwischen Schalldämmung und Schallabsorption. Schallwellen, die von außen auf die Türverkleidung treffen (und z. B. von den Reifen abgestrahlt werden), dringen durch die Außenfolie in den Türhohlraum ein und treffen von der Seite der wasserdichten Folie auf den Wasserschutzschild, der den größten Teil der von diesen Schallwellen getragenen Energie zurückreflektiert. Der verbleibende Teil dieser Energie, der dennoch durch die Folie übertragen wird, wird dank der porösen Strukturschicht wirksam absorbiert.
Schalldämmung ist die Fähigkeit eines Materials, die von den auftreffenden Schallwellen übertragene Energie zu reflektieren. Akustische Absorption ist die Fähigkeit eines Materials, die Energie, die von den auf es auftreffenden oder durch es übertragenen akustischen Wellen getragen wird, intern zu dissipieren. Aus den obigen Ausführungen geht hervor, dass der Hauptbeitrag zur Schalldämmung des erfindungsgemäßen Wasserschutzes in der wasserdichten Folie liegt. Allerdings kann auch die poröse Faserstrukturschicht zur Schalldämmung beitragen.
Um die Schalldämmeigenschaften zu verbessern, beträgt das Flächengewicht der wasserdichten Folie vorzugsweise mindestens 50 g/m², besonders bevorzugt mindestens 100 g/m². Um gleichzeitig das Flächengewicht des erfindungsgemäßen Wasserschutzes zu begrenzen, beträgt das Flächengewicht der Folie vorzugsweise nicht mehr als 800 g/m², vorzugsweise nicht mehr als 500 g/m², noch bevorzugter nicht mehr als 300 g/m².
Um die Geräuschabsorptionseigenschaften der erfindungsgemäßen Wasserabschirmung über den im Automobilbereich wichtigsten Frequenzbereich zu verbessern, liegt der Luftströmungswiderstand (Air Flow Resistivity, AFR) der porösen Faserstrukturschicht vorzugsweise zwischen 200 Ns/m³ und 3000 Ns/m³, besonders bevorzugt zwischen 350 Ns/m³ und 2000 Ns/m³, noch bevorzugter zwischen 500 Ns/m³ und 1500 Ns/m³. Der Frequenzbereich, der im Automobilbereich üblicherweise als wichtig angesehen wird, liegt zwischen 500 Hz und 5 kHz. Hier soll die AFR nach dem in ISO 9053-1:2018 festgelegten Verfahren gemessen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform hat die poröse Faserstrukturschicht eine variable Dicke. Vorzugsweise ist die poröse Faserstrukturschicht in den Bereichen stärker verdichtet und verfestigt, in denen eine höhere strukturelle Steifigkeit, insbesondere eine höhere Biegesteifigkeit, erforderlich ist. Typischerweise ist eine höhere Biegesteifigkeit im unteren Teil des Wasserschutzschildes erforderlich, da dieser Teil am ehesten durch das sich im Inneren des Türpaneel-hohlraums ansammelnde Wasser direkt strukturell belastet wird. Eine höhere Biegesteifigkeit kann auch in den Bereichen des Wasserschutzschildes erforderlich sein, in denen Fahrzeugkomponenten auf dem Wasserschutzschild selbst und/oder in den Bereichen in der Nähe des Umfangs des Wasserschutzschildes installiert werden können, in denen dieses am Türverkleidungsinnenblech befestigt werden muss. Andererseits können einige Bereiche der porösen Faserstrukturschicht luftiger und/oder weniger komprimiert sein, um die Schallabsorption zu erhöhen. Diese Bereiche können sich typischerweise im oberen Teil der porösen Faserstrukturschicht und/oder in ihrem mittleren Teil befinden, d. h. nicht in der Nähe ihres Randes.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann die poröse Faserstrukturschicht auch mit Formmerkmalen versehen werden, die ihre Steifigkeit weiter erhöhen, wie z. B. Rippen, Sicken, Riffelungen, Prägungen usw. Das Hinzufügen dieser Merkmale kann insbesondere in Bereichen des Wasserschutzschildes wirksam sein, die während der Lebensdauer des Fahrzeugs direkt strukturellen Belastungen ausgesetzt sein können, wie der untere Teil des Wasserschutzschildes und/oder die Bereiche, in denen Fahrzeugkomponenten auf dem Wasserschutzschild selbst installiert werden können.
Um die akustischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Wasserschildes weiter zu verbessern, kann eine dünne faserige poröse Schicht (in der Fachwelt gemeinhin als „Gelege“ bezeichnet) oder eine mikroperforierte Polymerfolie mit abgestimmter AFR zumindest auf einen Teil der Seite der porösen faserigen Strukturschicht laminiert werden, die der Seite gegenüberliegt, an die die poröse faserige Strukturschicht mit der wasserdichten Folie verbunden ist. Um die gewünschte Verbesserung der akustischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Wasserschutzes zu erreichen, ist die AFR des Fasergefüges oder der mikroperforierten Polymerfolie vorzugsweise höher als die der porösen Faserstrukturschicht, vorzugsweise mindestens 20 % höher als die der porösen Faserstrukturschicht, und zwar in allen Bereichen, in denen das Fasergefüge oder die mikroperforierte Folie aufgebracht ist.
In dieser Ausführungsform hat das Fasergelege oder die mikroperforierte Polymerfolie vorzugsweise ein Flächengewicht von nicht mehr als 400 g/m², vorzugsweise nicht mehr als 200 g/m², um das Gesamtgewicht des erfindungsgemäßen Wasserschutzes nicht wesentlich zu erhöhen.
Vorzugsweise wird das zusätzliche Fasergelege oder die mikroperforierte Folie aus einem Material oder aus Materialien hergestellt, die zur gleichen chemischen Gruppe gehören wie das Material oder die Materialien, aus denen die poröse Faserstrukturschicht besteht, um das Recycling zu erleichtern.
Um die Schallabsorption weiter zu verbessern, kann der erfindungsgemäße Wasserschutzschild außerdem einen oder mehrere zusätzliche Schallabsorber umfassen, die auf der Seite der porösen Faserstrukturschicht angeordnet sind, die der Seite gegenüberliegt, an die die wasserdichte Folie geklebt ist. Zusätzliche akustische Absorber können aus jeder Art von schallabsorbierendem Material bestehen, das auf dem Gebiet der Technik bekannt ist, z. B. aus einem Fasermaterial wie einem Textilvlies oder einem Filz oder eine Zelle enthaltendes Material wie einem offene Zelle enthaltendes Schaum, insbesondere einem Polyurethanschaum.
Ein zusätzlicher Schallabsorber kann in Form einer Schicht vorliegen, die ein oder mehrere schallabsorbierende Materialien enthält. In diesem Fall kann ein solcher zusätzliche Schallabsorber zusammen mit der porösen Faserstrukturschicht laminiert und mit dieser durch Kleben und/oder Klammern und/oder Schweißen (z. B. Ultraschallschweißen) strukturell verbunden werden und kann somit auch dazu beitragen, die strukturelle Steifigkeit des erfindungsgemäßen Wasserschilds, insbesondere seine Biegesteifigkeit, weiter zu erhöhen. Ein solcher zusätzliche Schallabsorber kann ganz oder teilweise die Seite der porösen Faserstrukturschicht bedecken, die der Seite gegenüberliegt, an die die wasserdichte Folie geklebt ist.
Ein zusätzlicher Schallabsorber kann auch in Form eines Blocks aus schallabsorbierendem Material vorliegen. In diesem Fall ist ein „Block“ ein Körper, bei dem keine Dimension wesentlich kleiner ist als die anderen. In diesem Fall kann der zusätzliche akustische Absorber auf der Seite der porösen Faserstrukturschicht angeordnet und/oder mit dieser verklebt werden, die der Seite gegenüberliegt, mit der die wasserdichte Folie verklebt ist, und er wird vorzugsweise entsprechend den Vertiefungen, Prägungen und Unregelmäßigkeiten der porösen Faserstrukturschicht selbst untergebracht.
Vorzugsweise wird der zusätzliche Schallabsorber aus einem Material oder aus Materialien hergestellt, die zur gleichen chemischen Gruppe gehören wie das Material oder die Materialien, aus denen die poröse Faserstrukturschicht besteht, um das Recycling zu erleichtern.
Alle oben genannten Mittel zur Verbesserung der Schallabsorption des erfindungsgemäßen Wasserschutzes, d. h. die Zugabe eines Geleges und/oder einer mikroperforierten Folie und/oder eines zusätzlichen Absorbers, können im Rahmen der technischen Möglichkeiten und des Standes der Technik kombiniert werden. Beispielsweise kann eine mikroperforierte Polymerfolie zumindest auf einen Teil der porösen Faserstrukturschicht auf der Seite laminiert werden, die der Seite gegenüberliegt, auf die die wasserdichte Folie geklebt ist, und darüber hinaus kann eine Schicht aus schallabsorbierendem Material auf die mikroperforierte Folie aufgebracht werden.
Das erfindungsgemäße Wasserschutzschild kann nach den im Fachgebiet bekannten Methoden und Verfahren hergestellt werden.
Ein erstes Beispiel für ein Herstellungsverfahren für einen erfindungsgemäßen Wasserschutzschild, bei dem die poröse Faserstrukturschicht aus Stapelfasern und einem thermoplastischen Bindemittel besteht, kann von einer Vliesstoffmatte ausgehen, die durch Krempeln und Vernadelung eines Vlieses aus mit einem thermoplastischen Bindemittel vermischten Stapelfasern erhalten wird. Es ist bemerkenswert, dass die Vernadelung des Faservlieses auch die mechanischen Eigenschaften des Endprodukts erheblich verbessern kann: Durch die Verschlingung der Fasern bilden sie ein stärkeres Netzwerk, was zu einer Erhöhung der Festigkeit und Steifigkeit der endgültigen porösen Faserstrukturschicht führt. Außerdem wird durch das Vernadelung eine Vliesstoffmatte mit einer für die Handhabung ausreichenden Konsistenz erzielt.
Eine weitere Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Vliesstoffmatte und des Endprodukts kann dadurch erreicht werden, dass in den Herstellungsprozess der Vliesstoffmatte selbst ein Schritt des Kreuzlegens aufgenommen wird. Typischerweise wird der Schritt des Kreuzlegens nach dem Kardier Vorgang und vor dem Vernadelungs Vorgang durchgeführt.
Die Vliesmatte wird dann über eine wasserdichte Folie gelegt und die aus der wasserdichten Folie und der Vliesmatte bestehende Einheit wird in einen Heißluftofen gegeben. Bei diesem Verfahren handelt es sich um eine mehrschichtige Folie, deren eine Schicht für die Haftung verantwortlich ist und aus einem thermoplastischen Material besteht, während die anderen Schichten für die Wasserdichtigkeit verantwortlich sind. Die letztgenannten Schichten sollten so gewählt werden, dass sie einen Schmelzpunkt haben, der sowohl über dem Schmelzpunkt der für die Haftung verantwortlichen Schicht als auch über dem Schmelzpunkt des thermoplastischen Bindemittels liegt. Es wird darauf geachtet, dass die für die Haftung verantwortliche Folienschicht diejenige ist, die der Vliesmatte zugewandt ist.
Die Temperatur des Heißluftofens muss so eingestellt werden, dass sie oberhalb der Schmelztemperatur des thermoplastischen Bindemittels liegt. Das thermoplastische Bindemittel schmilzt dann und bildet flüssige Tröpfchen im Inneren der Vliesstoffmatte, insbesondere an den Stellen, an denen sich die Stapelfasern kreuzen. Gleichzeitig muss die Temperatur oberhalb der Erweichungs- oder Schmelztemperatur des Materials liegen, aus dem die Klebeschicht der wasserdichten Folie besteht. Die Vliesstoffmatte und die wasserdichte Folie müssen so lange im Heißluftofen verbleiben, dass das thermoplastische Bindemittel und die für die Haftung verantwortliche Schicht der wasserdichten Folie vollständig schmelzen.
Die aus der wasserdichten Folie und der Vliesstoffmatte bestehende Einheit wird in heißem Zustand in ein Formwerkzeug gegeben, das auf einer Temperatur gehalten wird, die weit unter der Schmelztemperatur des thermoplastischen Bindemittels und der Erweichungs- oder Schmelztemperatur des Materials liegt, aus dem die Klebeschicht der wasserdichten Folie besteht. Die Form des Hohlraums des Formwerkzeugs (im geschlossenen Zustand) entspricht der gewünschten Form des endgültigen Wasserschutzschilds. Das Werkzeug wird geschlossen und die aus der wasserdichten Folie und der Vliesstoffmatte bestehende Einheit wird abgekühlt. Durch die Abkühlung verfestigen sich die flüssigen Tröpfchen des thermoplastischen Bindemittels und bilden Bindungspunkte zwischen den Stapelfasern, und die Vliesmatte wird zu einer kompakten und strukturellen Faserschicht verfestigt. Gleichzeitig und dank desselben Abkühlungsprozesses verfestigt sich die für die Adhäsion verantwortliche Schicht der Folie und haftet an der so gebildeten porösen Faserstrukturschicht.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren bestehen die für die Vliesstoffmatte verwendeten Stapelfasern vorzugsweise aus Polyester, noch bevorzugter aus PET, und das thermoplastische Bindemittel besteht vorzugsweise aus Bikomponentenfasern mit einer Kern-Mantel-Konfiguration, wobei das erste Polymer PET und das zweite Polymer ein Co-Polymer von PET (CoPET) ist und gleichzeitig die Folie vorzugsweise eine zweischichtige Folie mit einer Dicke von mindestens 50 Mikrometern ist, wobei die Schicht, die für die Haftung verantwortlich ist und während des Verfahrens mit der Vliesmatte in Kontakt gebracht wird, aus einem Co-Polymer aus PET besteht, das eine ähnliche Schmelztemperatur hat wie das zweite Polymer der Bikomponentenfasern, und die andere Schicht aus PET besteht, das eine ähnliche Schmelztemperatur hat wie das erste Polymer der Bikomponentenbindefasern. Diese Wahl der Stapelfasern, der Bindefasern und der wasserdichten Folie begünstigt natürlich die Verarbeitbarkeit, und außerdem besteht das gesamte Endprodukt im Wesentlichen aus Polyester, was im Hinblick auf das Recycling sehr vorteilhaft ist.
Ein zweites Beispiel für ein Herstellungsverfahren für einen erfindungsgemäßen Wasserschutzschild, bei dem die poröse Faserstrukturschicht aus thermoplastischen Bikomponenten-Endlosfilamenten besteht, kann von einer Vliesmatte ausgehen, die durch Vernadelung eines Faservlieses aus Bikomponenten-Endlosfilamenten entsteht, die jeweils durch Schmelzspinnen eines ersten und eines zweiten Polymers durch eine Spinndüse zu einer Faser gewonnen werden, wie zuvor beschrieben. Es ist bemerkenswert, dass die Vernadelung des Filamentvlieses auch die mechanischen Eigenschaften des Endprodukts erheblich verbessern kann: Durch die Verschlingung der Filamente bilden diese ein stärkeres Netzwerk, was zu einer Erhöhung der Festigkeit und Steifigkeit der endgültigen porösen Faserstrukturschicht führt. Darüber hinaus wird durch die Vernadelung des Faservlieses eine Vliesstoffmatte mit einer für die Handhabung ausreichenden Konsistenz erzielt.
Eine weitere Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Vliesstoffmatte und des Endprodukts kann dadurch erreicht werden, dass in den Herstellungsprozess der Vliesstoffmatte selbst ein Schritt der Kreuzverflechtung aufgenommen wird. In der Regel wird die Kreuzverflechtung vor dem Vernadelungs Vorgang durchgeführt.
Die Vliesstoffmatte wird dann in ein Formwerkzeug gelegt. Die Form des Hohlraums des Formwerkzeugs (in geschlossenem Zustand) entspricht der gewünschten Form für den endgültigen Wasserschutzschild. Die wasserdichte Folie wird ebenfalls in das Formwerkzeug eingelegt und auf die Vliesmatte selbst aufgelegt. Bei diesem Verfahren handelt es sich um eine mehrschichtige Folie, bei der eine Schicht für die Haftung verantwortlich ist und aus einem thermoplastischen Material besteht und die anderen Schichten für die Wasserdichtigkeit verantwortlich sind. Die letztgenannten Schichten sollten so gewählt werden, dass sie einen Schmelzpunkt aufweisen, der sowohl über dem Schmelzpunkt der für die Haftung verantwortlichen Schicht als auch über dem Schmelzpunkt des zweiten Polymers liegt, aus dem die Endlosfäden bestehen. Es wird darauf geachtet, dass die für die Haftung verantwortliche Folienschicht diejenige ist, die der Vliesmatte gegenüberliegt. Das Werkzeug wird geschlossen und Dampf mit einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck in die Werkzeugkavität geblasen. Durch den heißen Dampfstrom wird die Vliesmatte zu einer porösen Faserstrukturschicht verfestigt und gleichzeitig haftet die wasserdichte Folie an dieser Schicht. Die Temperatur des Dampfes muss so eingestellt werden, dass sie unterhalb der Schmelztemperatur des ersten Polymers der in der Vliesstoffmatte enthaltenen Bikomponenten-Filamente und oberhalb der Schmelztemperatur des zweiten Polymers liegt. Gleichzeitig muss die Temperatur oberhalb der Erweichungs- oder Schmelztemperatur des Materials liegen, aus dem die Klebeschicht der wasserdichten Folie besteht, um eine gute Haftung zwischen der Folie selbst und den Filamenten der Vliesmatte zu gewährleisten. Bei diesem Verfahren muss das Werkzeug natürlich mit Kanälen ausgestattet sein, die das Einblasen von Dampf in den Hohlraum des Werkzeugs ermöglichen.
In dem oben beschriebenen Verfahren haben die für die Vliesstoffmatte verwendeten Endlosfasern vorzugsweise eine Kern-Mantel-Konfiguration und bestehen noch bevorzugter im Wesentlichen aus Polyester, wobei das erste Polymer PET und das zweite Polymer ein Co-Polymer von PET (CoPET) ist und gleichzeitig die Folie vorzugsweise eine zweischichtige Folie mit einer Dicke von mindestens 50 Mikrometern ist, wobei die Schicht, die für die Haftung verantwortlich ist und während des Verfahrens mit der Vliesmatte in Kontakt kommt, aus einem Co-Polymer aus PET mit einer Schmelztemperatur ähnlich der des zweiten Polymers der Bikomponentenfasern besteht und die andere Schicht aus PET mit einer Schmelztemperatur ähnlich der des ersten Polymers der Bikomponentenfasern besteht. Diese Entscheidungen für die Endlosfasern und die wasserdichte Folie begünstigen natürlich die Verarbeitbarkeit, und außerdem besteht das gesamte Endprodukt im Wesentlichen aus Polyester, was im Hinblick auf das Recycling von Vorteil ist.
Die oben beschriebenen Herstellungsverfahren stellen nur Beispiele für die möglichen Herstellungsverfahren dar, die für die Herstellung des erfindungsgemäßen Wasserschildes anwendbar sind. Auch andere im Stand der Technik bekannte Verfahren können für diesen Zweck in Betracht gezogen werden, z. B. auf der Grundlage gängiger Technologien wie Kaltverformung und/oder Vakuumverformung.
Auch wenn die Erfindung in Bezug auf ihre bevorzugte(n) Ausführungsform(en) erläutert wurde, versteht es sich von selbst, dass viele andere mögliche Modifikationen und Variationen vorgenommen werden können, ohne vom Anwendungsbereich der Erfindung selbst abzuweichen. Es wird daher davon ausgegangen, dass die beigefügten Ansprüche solche Modifikationen und Variationen abdecken, die in den wahren Anwendungsbereich der Erfindung fallen.
Jeder in dieser Beschreibung angegebene Bereich sollte den Anfangs- und Endpunkt sowie die normalen erwarteten Messabweichungen enthalten. Anfangs- und Endpunktwerte verschiedener Bereiche können kombiniert werden.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung können aus der Beschreibung abgeleitet werden, auch durch Kombination der verschiedenen Ausführungsformen und Beispiele der Erfindung, und sie können auch aus der Beschreibung der in den Figuren dargestellten Ausführungsformen abgeleitet werden. Die Abbildungen sind schematisch und nicht unbedingt maßstabsgetreu.
Figurenliste

zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht eines Türpaneels und eines erfindungsgemäßen Wasserschutzes, bevor der Wasserschutz auf dem Türpaneel selbst installiert wird.
ist ein Querschnitt durch ein Türblatt, an dem ein erfindungsgemäßer Wasserschutzschild angebracht ist.
ist ein Querschnitt durch ein Türblatt, an dem ein erfindungsgemäßer Wasserschutzschild angebracht ist, wobei der Wasserschutzschild einen zusätzlichen Absorber umfasst.
zeigt Beispiele für Abschnitte von thermoplastischen Bikomponenten-Bindefasern und/oder thermoplastischen Bikomponenten-Endlosfilamenten, die für die Herstellung der erfindungsgemäßen porösen Faserstrukturschicht verwendet werden können.

1 zeigt eine schematische perspektivische Querschnittsansicht eines Türpaneels (1) mit einem Außenblech (10) und einem Innenblech (11), die durch einen Türpaneel-Hohlraum (12) getrennt sind, wobei der obere Rand des Türpaneel Hohlraums einen Schlitz (13) zur Aufnahme des Türfensterglases bildet. zeigt auch einen erfindungsgemäßen Wasserschutzschild (20), der eine poröse Faserstrukturschicht (21) und eine wasserdichte Folie (22) umfasst. In ist der Wasserschutzschild vor seiner Montage auf dem Türblatt dargestellt, und die gestrichelten Pfeile zeigen die Richtung an, in der die Montage erfolgt. Um den Wasserschutzschild an der Innenseite des Türblattes zu befestigen, wird entlang des Umfangs der wasserdichten Folie (22) ein Streifen Klebedichtmasse (25) verteilt.
zeigt einen Querschnitt der in gezeigten Fahrzeugtürverkleidung (1), in der der erfindungsgemäße Wasserschutzschild (20) eingebaut ist. Bei der Montage wird die Haftklebemasse (25) so gegen das Innenblech (11) der Türverkleidung (1) gepresst, dass der Wasserschutzschild (20) daran befestigt wird. Zusammen mit der wasserdichten Folie (22) wird so gewährleistet, dass kein Wasser durch die Öffnung (14) im Türblatt-Innenblech aus dem Türblatthohlraum (12) nach außen dringen kann. Diese Öffnung kann notwendig sein, um Zugang zu Bauteilen zu erhalten, die sich möglicherweise im Türpaneel-Hohlraum befinden (in den Abbildungen nicht dargestellt), wie z. B. Mechanismen zum Heben und Senken des Türglases, Verriegelungsmechanismen für die Tür usw. Der Wasserschutzschild (20) umfasst neben der wasserdichten Folie (22) auch eine poröse Faserstrukturschicht (21).
3 zeigt einen Querschnitt einer Fahrzeugtürverkleidung (1) analog zu der in 2 gezeigten, wobei der erfindungsgemäße Wasserschutzschild (20) auch einen zusätzlichen Schallabsorber (30) aufweist. In 3 besteht der zusätzliche Schallabsorber (30) aus einer luftigen porösen Faserschicht, die mit der porösen Faserstrukturschicht (21) verbunden ist, und zwar auf der Seite, die der Seite gegenüberliegt, auf der die wasserdichte Folie (22) aufgeklebt ist.
zeigt drei Beispiele für Abschnitte von thermoplastischen Bikomponenten-Bindefasern, die auch für thermoplastische Bikomponenten-Endlosfilamente gelten können. ist ein Beispiel für eine Kern-Mantel-Konfiguration, ist ein Beispiel für eine Seite-an-Seite-Konfiguration und ist ein Beispiel für eine Insel-im-Meer-Konfiguration. In allen drei Fällen besteht die Faser oder der Faden aus einem ersten Polymer (101) und einem zweiten Polymer (102). Für die Herstellung des erfindungsgemäßen Wasserschutzes ist eine Kern-Mantel-Konfiguration, wie sie in 4a dargestellt ist, vorzuziehen, da dies eine gleichmäßigere Verteilung des Bindemittels in der endgültigen porösen Faserstrukturschicht begünstigt, die infolgedessen bessere mechanische Eigenschaften aufweist.

Claims

Wasserschutzschild für eine Fahrzeugtürverkleidung, umfassend eine Strukturschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturschicht eine poröse Faserstrukturschicht und einen wasserdichten Film umfasst, wobei eine Seite des wasserdichten Films dazu dient, einem Fahrzeugtürverkleidungshohlraum zugewandt zu sein, und die andere Seite des wasserdichten Films mit einer Seite der porösen Faserstrukturschicht verbunden ist, und wobei die poröse Faserstrukturschicht im Wesentlichen entweder aus Stapelfasern und einem thermoplastischen Bindemittel oder aus thermoplastischen Bikomponenten-Endlosfilamenten, bestehend aus einem ersten Polymer und einem zweiten Polymer, besteht.
Wasserschutzschild für eine Fahrzeugtürverkleidung nach Anspruch 1, wobei die poröse Faserstrukturschicht ein Biegemodul von mindestens 70 MPa, vorzugsweise zwischen 70 MPa und 1300 MPa, vorzugsweise zwischen 100 MPa und 950 MPa, vorzugsweise zwischen 150 MPa und 700 MPa, gemessen nach ISO 178, aufweist.
Wasserschutzschild für eine Fahrzeugtürverkleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dicke der porösen Faserstrukturschicht zwischen 1 mm und 10 mm, vorzugsweise zwischen 2 mm und 7 mm, vorzugsweise zwischen 2 mm und 4 mm beträgt.
Wasserschutzschild für eine Fahrzeugtürverkleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Flächengewicht der porösen Faserstrukturschicht zwischen 500 g/m² und 2500 g/m², vorzugsweise zwischen 700 g/m² und 2000 g/m², vorzugsweise zwischen 1000 g/m² und 1600 g/m² liegt.
Wasserabschirmung für eine Fahrzeugtürverkleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Luftströmungswiderstand der porösen Faserstrukturschicht zwischen 200 Ns/m³ und 3000 Ns/m³, vorzugsweise zwischen 350 Ns/m³ und 2000 Ns/m³, vorzugsweise zwischen 500 Ns/m³ und 1500 Ns/m³ liegt, wobei der Luftströmungswiderstand nach dem in ISO 9053-1:2018 angegebenen Verfahren gemessen wird.
Wasserschutzschild für eine Fahrzeugtürverkleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Flächengewicht der wasserdichten Folie zwischen 50 g/m² und 800 g/m², vorzugsweise zwischen 100 g/m² und 500 g/m² liegt.
Wasserschutzschild für eine Fahrzeugtürverkleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die poröse faserige Strukturschicht aus thermoplastischen Bikomponenten-Endlosfilamenten besteht, die aus einem ersten Polymer und einem zweiten Polymer bestehen, und wobei die Bikomponenten-Endlosfilamente, die aus einem ersten Polymer und einem zweiten Polymer bestehen, eine Kern-Mantel-Konfiguration aufweisen.
Wasserschutzschild für eine Fahrzeugtürverkleidung nach Anspruch 7, wobei das erste Polymer Polyester ist, vorzugsweise Polyethylenterephthalat (PET) oder Polybutylenterephthalat (PBT), und das zweite Polymer ebenfalls Polyester ist, vorzugsweise ein Copolymer von Polyethylenterephthalat (coPET) oder ein Copolymer von Polybutylenterephthalat (coPBT).
Wasserschutzschild für eine Fahrzeugtürverkleidung nach Anspruch 8, wobei mindestens 20 %, vorzugsweise mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 70 % des gesamten Polyesters, der in der porösen Faserstrukturschicht enthalten ist, recycelter Polyester ist, wobei der Prozentsatz ein Gewichtsprozent in Bezug auf das Gesamtgewicht der porösen Faserstrukturschicht ist.
Wasserschutzschild für eine Fahrzeugtürverkleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die poröse Faserstrukturschicht im Wesentlichen aus Stapelfasern und einem thermoplastischen Bindemittel besteht und wobei das thermoplastische Bindemittel aus Bikomponentenfasern besteht, die aus einem ersten Polymer und einem zweiten Polymer bestehen, vorzugsweise Bikomponentenfasern mit einer Kern-Mantel-Konfigu ration.
Wasserschutzschild für eine Fahrzeugtürverkleidung nach Anspruch 10, wobei die Stapelfasern im Wesentlichen aus Polyester bestehen und das erste Polymer Polyester, vorzugsweise Polyethylenterephthalat (PET) oder Polybutylenterephthalat (PBT) ist und das zweite Polymer Polyester, vorzugsweise ein Copolymer von Polyethylenterephthalat (CoPET) oder ein Copolymer von Polybutylenterephthalat (CoPBT) ist.
Wasserschutzschild für eine Fahrzeugtürverkleidung nach Anspruch 11, wobei mindestens 20 %, vorzugsweise mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 70 % des gesamten Polyesters, der in der porösen faserigen Strukturschicht enthalten ist, recycelter Polyester ist, wobei der Prozentsatz ein Gewichtsprozentsatz in Bezug auf das Gesamtgewicht der porösen faserigen Strukturschicht ist.
Verfahren zur Herstellung eines Wasserschutzes für eine Fahrzeugtürverkleidung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, umfassend mindestens die folgenden Schritte: - Herstellen eines Faservlieses, das aus endlosen Bikomponentenfilamenten besteht, wobei jedes Filament durch Schmelzspinnen des ersten und des zweiten Polymers durch eine Spinndüse erhalten wird; - optionales Kreuzlegen und Vernadelung des Vlieses aus endlosen Bikomponentenfilamenten, um eine Vliesmatte zu erhalten; - Überführen der Vliesmatte in ein Formwerkzeug; - Einbringen einer wasserdichten Folie in das Werkzeug und Auflegen auf die Vliesstoffmatte, wobei die der Vliesstoffmatte zugewandte Folienschicht aus einem thermoplastischen Material besteht; - Schließen des Formwerkzeugs und Einspritzen von heißem Dampf in den Werkzeughohlraum, um die Vliesstoffmatte zu einer porösen Faserstrukturschicht zu verfestigen und die wasserdichte Folie daran haften zu lassen; - Öffnen des Werkzeugs und Entnehmen der geformten porösen Faserstrukturschicht und der miteinander verbundenen wasserdichten Folie aus diesem.
Verfahren zur Herstellung eines Wasserschutzes für eine Fahrzeugtürverkleidung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, das mindestens die folgenden Schritte umfasst: - Krempeln, optionales Kreuzlegen und Vernadelung eines Gewebes aus Stapelfasern, die mit einem thermoplastischen Bindemittel gemischt sind, um eine Vliesmatte zu erhalten; - Auflegen der Vliesmatte auf eine wasserdichte zwei- oder mehrschichtige Folie, wobei die der Vliesmatte zugewandte Folienschicht aus einem thermoplastischen Material besteht; - Überführen der durch die Vliesmatte und die wasserdichte Folie gebildeten Einheit in einen Heißluftofen; - Erhitzen der Vliesmatte und der wasserdichten Folie im Heißluftofen, um das thermoplastische Bindemittel und die der Vliesmatte zugewandte Folienschicht zu schmelzen; - Überführen der durch die wasserdichte Folie und die Vliesmatte gebildeten Einheit, während sie noch heiß ist, in ein Formwerkzeug, das auf einer Temperatur gehalten wird, die viel niedriger ist als die Schmelztemperatur des thermoplastischen Bindemittels und die Schmelztemperatur des thermoplastischen Materials, aus dem die Folienschicht besteht, die der Vliesmatte gegenüberliegt; - Schließen des Formwerkzeugs und abkühlen lassen des Ganzen, um die Vliesmatte zu einer porösen Faserstrukturschicht zu verfestigen und die wasserdichte Folie an ihr haften zu lassen; - Öffnen des Werkzeugs und Entnehmen der geformten porösen Faserstrukturschicht und der wasserdichten Folie, die miteinander verbunden sind.