DE10222458A1

DE10222458A1 - Formteile und Schichtverbunde mit erhöhten schallabsorbierenden Eigenschaften und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE10222458A1
Application number: DE10222458A
Authority: DE
Inventors: Juergen Brunning; Maik Ziegler
Original assignee: Fagerdala Deutschland GmbH
Current assignee: Fagerdala Deutschland GmbH
Priority date: 2002-05-22
Filing date: 2002-05-22
Publication date: 2003-12-11

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen und Schichtverbunden aus Schaumpartikeln, die aufgrund ihres Herstellungsverfahrens und Ihrer Geometrie optimierte Schallabsorptionseigenschaften aufweisen. Hierbei werden Schaumstoffpartikel im Extrusions- oder Autoklav-Verfahren hergestellt und anschließend zu Formteilen verarbeitet.
Es ist bekannt, dass Polyolefin-Schaumpartikel vorzugsweise EPP (expandierter Polypropylenpartikelschaum) oder EPE (expandierter Polyethylenpartikelschaum) im Autoklav- oder Extrusions-Verfahren hergestellt werden. Beim Autoklav-Verfahren werden in einem Druckbehälter aus Mikrogranulat und unter Zugabe von Treibmitteln zumeist sphärische geschlossenzellige Schaumpartikel mit Durchmessern von ca. 2-10 mm hergestellt. Im Extrusionsverfahren wird das Polymer über Zugabe physikalischer Treibmittel in die Polymerschmelze am Düsenausgang expandiert und zu nahezu sphärischen oder zylindrischen Schaumpartikeln abgeschlagen. Die Formteilherstellung aus des Schaumpartikeln erfolgt im Formteilprozess über die Verschweißung mittels Heißdampf, wobei Werkzeuge eingesetzt werden, die Dampfdurchlässig sind. Die so hergestellten Formteile aus Partikelschaumstoff weisen in der Regel gute Festigkeitseigenschaften aber aufgrund Ihrer Geschlossenzelligkeit jedoch nur sehr geringe Schallabsorptionseigenschaften auf.
EP 1016511 und WO 98/43797 beschreiben die Herstellung von Formteilen aus Schaumpartikel in Form geschäumter Hohlzylinder oder zumindest Partikeln mit einem Durchbruch, bzw. durchgängigen Loch, die eine erhöhte Schallabsorption aufweisen.
EP 0953964 beschreibt einen nicht vollständig verschweißten Polyolefin- oder Polystyrol Partikelschaum mit einem erhöhten Schallabsorptiongrad.
Eine Verbesserung der Schallabsorptionseigenschaften durch die in EP 1016511 und EP 0953964 beschriebenen hohlzylindrischen Schaumpartikel ist gegeben, die Verringerte Festigkeit der Hohlzylindrischen Schaumpartikel als auch die schlechte Haftung nicht vollständig verschweißter Schaumpartikel, führen jedoch zur erheblichen Abnahme der mechanischen Eigenschaften des gesamten Formteiles. Die nachträgliche Modifizierung der Schaumstoffteile durch Verstärkungselemente ist aufwendig und führt zu höheren Kosten. Hinzu kommt hier noch der Einsatz verschiedener Materialien, wogegen Recycling- Gesichtspunkten sprechen.
Desweiteren ist die Porosität des Gesamtbauteiles durch die Porosität der Einzelpartikel nahezu fest vorgegeben und kann nur unzureichend über Prozessparameter gesteuert werden. Das Hohlraumvolumen des Bauteiles ergibt sich als Summe des Hohlraumes jedes einzelnen Schaumpartikels
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, in einem wirtschaftlichen Prozess die Herstellung von Bauteilen mit verbesserten Schallabsorptionseigenschaften bei gleichzeitig ausreichenden Festigkeitseigenschaften herzustellen und/oder die Bauteilporosität und somit die Schallabsorptionseigenschaften und die Festigkeiten nicht nur durch die Schüttdichte der Schaumpartikelschüttung sondern über zumindest einen Prozessparameter zu steuern.
Dies wird dadurch gelöst, dass die Schaumpartikel eine größere Oberfläche als sphärische Partikel aufweisen, selbst jedoch keinen Hohlraum beinhalten. Die Porosität ergibt sich aus der geometrisch Bedingten Bildung von Zwickelräumen zwischen den einzelnen Schaumpartikeln.
Die mechanischen Eigenschaften werden durch die im Vergleich zu Hohlpartikeln, stabileren Schaumpartikel nicht geschwächt und die Porosität kann durch Prozessparameter insbesondere Staudruck bestimmt werden, da hiermit die Zwickelgröße beeinflussbar ist. Weiterhin ist durch die Variation des Dampfdruckes, insbesondere des Autoklavdampfdruckes der gemäß der Sattdampfdruckkurve mit der Verarbeitungstemperatur korreliert ebenfalls eine stärkerer Deformation der nunmehr plastischeren Schaumpartikel möglich und somit ebenfalls eine Regulierung der Porosität und Schallabsorptionsfähigkeit des Formteiles über Verarbeitungsparameter möglich.
Vorzugsweise werden so Schaumpartikel aus EPP (expandiertem Polypropylenschaum), EPS (expandierter Polystyrolpartikelschaum) oder EPE (expandierter Polyethylenschaum) hergestellt.
Die Formteilherstellung aus diesen Schaumpartikeln kann zum einen in einem herkömmlichen Formteilprozess über die Verschweißung mittels Heißdampf erfolgen, wobei Werkzeuge eingesetzt werden, die aus einem porösen Werkstoff bestehen oder perforiert sind oder mit Dampfdüsen versehen sind. Des weiteren können vom herkömmlichen Formteilprozess abweichende Verfahren eingesetzt werden, wie die Verschweißung über Mikrowellenenergie, Heißluft oder mittels Infrarotstrahlung, durch Eintrag von Haftvermittlern/Klebstoffen und/oder in Press- oder Thermoformverfahren.
Die Schaumpartikel sind so gestaltet, dass sie eine verzweigte große Oberfläche aufweisen und im Formteilprozess eine Berührung, Verkeilung und Verschweißung der Schaumpartikel über zahlreiche nahezu punktuelle bis kreisförmige Bereiche stattfindet. Hierdurch werden Bauteile hergestellt mit Zwickelräumen zwischen den einzelnen Schaumpartikeln und damit einer relativ porösen Struktur.
Wesentlicher Vorteil des Verfahrens ist die Herstellung von Schaumstoffbauteilen, die aufgrund ihrer Porosität sehr gute Schallabsorptionseigenschaften aufweisen, aufgrund der zahlreichen Verbindungen der Schaumpartikel untereinander jedoch ebenfalls gute Energieabsorptionseigenschaften und Steifigkeiten aufweisen.

Ausführungsbeispiel 1

Nach Homogenisierung der Polymerschmelze im Extruder und Lösen des Treibmittels kommt es am Werkzeugaustritt (4) durch den abrupten Druckabfall zum Aufschäumen der Schmelzestränge (2), die durch rotierende Messer (3) abgelängt anschließend gekühlt werden. Beim Extrusionswerkzeug (1) handelt es sich um eine Düse (6) oder einen Einsatz für die Düse (6) die so gestaltet ist, das Stränge mit sternförmigem Querschnitt oder weiteren Geometrien abweichend von einem kreis- oder kreisringförmigen Querschnitt hergestellt werden können. Möglich ist auch der Einsatz einer Lochplatte (7) mit mehreren Löchern, die entsprechend des Querschnitts des zu extrudierenden Schaumstoffstranges gestaltet sind. Die Weiterverarbeitung der so hergestellten Schaumpartikel (5) erfolgt in einem formgebenden Werkzeug (8) im Formteilprozess oder einem davon abweichenden Prozess. Über eine Kompression der Schaumpartikel während der Befüllung des Werkzeuges und einer anschließenden Druckentlastung findet eine Verkeilung der Schaumpartikel statt, wobei aufgrund der Partikelgeometrie auch nach der Verschweißung der Schaumpartikel zu einem Formteil noch Zwickelräume zwischen den Partikeln verbleiben. Die so hergestellten Formteile weisen eine poröse Struktur (9) auf mit guten schallabsorbierenden Eigenschaften bei ausreichender Festigkeit auf.

Ausführungsbeispiel 2

Schaumpartikel mit der erfindungsgemäßen Geometrie werden im Formteilprozeß zu Schaumblöcken verarbeitet. Nachfolgend werden diese Schaumblöcke geschnitten. Dies Schnittschaumlage beinhaltet durch Ihr Zwickelraumvolumen erhöhte schallabsorbierende Eigenschaften bei extrem geringer Dichte. Diese Schnittschaumlage wird nachfolgend in Verbindung mit Vliesen, Naturfasern, faserverstärkten Lagen, extrudierten Schaumbahnen und weiten Lagen bzw. Schichtkombinationen zu einem automobilen Interieurteil beispielsweise einen Dachhimmel thermoformiert. Hierfür wird der Verbund oder Teile des Verbundes zunächst erhitzt und danach in einem Pressverfahren dauerhaft verformt. Die Verbundpartner übernehmen entweder mechanische Aufgaben indem Sie die Schichtverbundpartner durch ihre Festigkeit mehr Steifigkeit verleihen, oder haptische Funktionen durch geringe Druckspannungswerte und hohe Elastizität. Ebenso können die Verbundpartner durch Porosität ebenfalls Luftschallabsorbierende und/oder durch Masseschwinger körperschallabsorbierende Eigenschaften übernehmen.

Claims

1. Formteile und Schichtverbunde mit erhöhten schallabsorbierenden Eigenschaften, dadurch gekennzeichnet, dass Schaumpartikel zur Herstellung dieser Produkte verwendet werden die eine Geometrie mit größerer Oberfläche als sphärische Partikel gleicher Materialdichte aufweisen, und/oder keine geometrische Hohlräume beinhalten und bei der Herstellung von Formteilen 4-70% Porenvolumen durch Bildung von Zwickelraumvolumen entsteht.

2. Formteile und Schichtverbunde nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, die dass Schaumpartikel expandierte Polypropylenpartikel (EPP), expandierte Polyethylenpartikel (EPE), expandierte Polyethylentherephtalatpartikel (EPET) oder expandierte Polystyrolpartikel (EPS) sind.

3. Formteile und Schichtverbunde nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumpartikel eine unregelmäßige Oberflächenstruktur besitzen, vorrangig hergestellt durch einen Zerkleinerungsprozesses von thermoplastischen Partikelschaumformteilen oder Schaumfolien.

4. Formteile und Schichtverbunde nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumpartikel mittels Extrusionsverfahren oder Autoklav-Verfahren hergestellt sind.

5. Formteile und Schichtverbunde nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Schaumstoffpartikel gemäß Abb. 2.1 bis 2.6 ausgeführt wird

6. Formteile und Schichtverbunde nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumpartikel so gestaltet sind, dass bei einer Kompression der Schaumpartikel in einem Werkzeug und einer anschließenden Druckentlastung eine Verkeilung der Partikel jedoch keine vollständige Volumenausfüllung stattfindet

7. Formteile und Schichtverbunde nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Formteile während oder nach dem Formgebungsprozeß mit zumindest einer Schicht versehen werden, und diese Schicht aus

a) einer TPO-Folie,

b) einer TPO-Folie mit Schaumrücken,

c) einem Textil,

d) einem Textil mit Schaumrücken,

e) einem Vlies oder Fasergelege

f) Naturfasern,

g) Glasfasern,

h) einem Hybridgewebe vorzugsweise aus Glasfasern oder Naturfasern und Polymer-Fasern

i) Recyclingfasern

j) Folien insbesondere Schaumfolien, oder perforierten Folien

k) Fasern und Schaumflocken und/oder Schaumpartikeln

oder aus Kombinationen derselbigen besteht.

8. Formteile und Schichtverbunde nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass Einlegeteile in das Formteil eingebracht werden.

9. Verfahren zur Herstellung von Formteile und Schichtverbunde nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass Schaumpartikel in einem porösen, perforierten oder mit Dampfdüsen versehenen Werkzeug mittels Heißdampf zu einem Formteil verschweißt werden.

10. Verfahren zur Herstellung von Formteile und Schichtverbunde nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumpartikel im Werkzeug mittels hochfrequenter Strahlung, IR-Strahlung oder Heißluft zu einem Formteil verschweißt werden.