DE10240606A1 - Composite particle foam product manufacture involves shrinkage of a heated plastic film onto a molded particulate foam product - Google Patents

Composite particle foam product manufacture involves shrinkage of a heated plastic film onto a molded particulate foam product Download PDF

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Abstract

A plastic cover layer is heated and shrunk onto a premolded particle foam product and forms a positive mechanical or material bond with the foam product. Cover layer material is a shrinkable film, which may in the form of a tube. When applied the cover layer is sealed or welded all round. Reinforcing fabric may be incorporated between a cover layer and a foam product. The film cover may be heated either in an oven, by infra-red, high frequency waves, hot air or heated fluids and solids. Heating temperatures are typically 60-200degreesC. For application of the cover film a heated tool may be employed which has the same shape as the outer contors of the foam product. The tool surface may be embossed or textured. Cover application may be effected in an automatic molding machine. Alternatively the cover film can be applied by a thermoforming method. The film may increase product stiffness and/or forms a base for advertizing or characterizing print. An Independent claim is included for a composite material and product produced by the process.

Description

Die Erfindung betrifft einen Werkstoffverbund bestehend aus einem Schaumstoffkern und einer diesen teilweise oder vollständig umschließenden weiteren Deckschicht, vorzugsweise einer PE-Folie, TPO-Folie, einer PET-Folien oder einer Verbundfolie aus thermoplastischen Materialien sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Werkstoffverbundes und Produkten.The invention relates to a composite material of a foam core and another partially or completely enclosing it Cover layer, preferably a PE film, TPO film, a PET film or a composite film made of thermoplastic materials as well a process for the production of this composite material and products.

Formteile aus thermoplastischen Schaumstoffen und insbesondere Partikelschaustoffen finden vielfältige Verwendung. Die Eigenschaften der Formteile aus Partikelschaumstoffen werden in der Regel durch ihre konstruktive Auslegung, Materialdichte oder durch die Herstellung von Werkstoffverbunden gezielt beeinflusst. Zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften werden die Formteile mit fasererverstärkten Kunstoffen verpresst. Für optische Ansprüche werden sie beschichtet und damit dem Formteil, je nach Anwendung eine glatte, dekorative oder abriebfeste Oberfläche zu verleihen. Der Deckwerkstoff kann zu diesem Zweck beispielsweise auch aus einer Verbundfolie oder einem Textil bestehen. Eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung der Oberflächeneigenschaften von Schaumstoffformteilen ist der Einsatz von Werkzeugen mit speziellen Werkzeugeinsätzen wie in DE 19907279 beschrieben, um damit Bauteile wie Ladungsträger oder auch Surf-, Wellen-, oder Schwimmbretter mit verbesserten Oberflächeneigenschaften zu fertigen. DE 99819750 beschreibt die Verbindung von Fasermatten mit Polypropylen-Anteil mit einem Polypropylen-Schaumstoff um so eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Schaumstoffkern zu gewährleisten. Patent DE 4312517 und DE 19544451 beschreiben ein Schaumteil kombiniert mit einer Verstärkungsmatte zum Herabsetzen der Rissempfindlichkeit des Bauteils. Im Bereich der Verkleidungs- oder Anbauteile für Kraftfahrzeuge ist wie in DE 19731393 beschrieben die Herstellung von Halbschalen aus EPP mit Kaschierung mit Folien oder Textilien sowie die Integration von Verstärkung- oder Funktionselementen für Sonnenblenden ein gängiger Aufbau. Ebenfalls sind Bauteile bekannt bei denen Folien zunächst tiefgezogen werden und in einem zweiten Schritt mit Schaumstoffformteilen verbunden werden, wie beispielsweise Aufnahmen für Fußbodenheizungen.Molded parts made of thermoplastic foams and especially particle foams are used in many different ways. The properties of the molded parts made of particle foams are usually influenced in a targeted manner by their design, material density or by the production of composite materials. To improve the mechanical properties, the molded parts are pressed with fiber-reinforced plastics. They are coated for visual requirements and thus give the molded part a smooth, decorative or abrasion-resistant surface, depending on the application. For this purpose, the cover material can also consist, for example, of a composite film or a textile. Another way to improve the surface properties of molded foam parts is to use tools with special tool inserts as in DE 19907279 described in order to manufacture components such as load carriers or surf, wave or swimming boards with improved surface properties. DE 99819750 describes the connection of fiber mats with polypropylene content with a polypropylene foam in order to ensure a material connection with the foam core. patent DE 4312517 and DE 19544451 describe a foam part combined with a reinforcement mat to reduce the crack sensitivity of the component. In the area of trim or add-on parts for motor vehicles is like in DE 19731393 described the production of half-shells from EPP with lamination with foils or textiles as well as the integration of reinforcement or functional elements for sun visors a common structure. Components are also known in which foils are first deep-drawn and connected in a second step to molded foam parts, such as receptacles for underfloor heating.

Bauteile aus unverstärkten Partikelschaumstoffen wie Ladungsträger oder Surf-, Wellen-, oder Schwimmbretter haben häufig unzureichende mechanische Eigenschaften bei Zugbelastungen oder Biegebelastungen und damit verbundenen Zugspannungen im Bauteil. Problematisch ist auch der Abrieb oder das Ausbrechen von Schaumstoffpartikel aus der Formteiloberfläche. Einseitig beschichtete oder verstärkte Formteiloberflächen bewirken zwar eine Verbesserung der Oberflächeneigenschaften der Formteile, haben jedoch nur bedingten Einfluss auf die Biegefestigkeit der Bauteile. Bei einseitig beschichteten Formteilen können nur in eine Biegerichtung Zugspannungen durch die Beschichtung aufgenommen werden. Werkstoffverbunde mit Verstärkungsfasern wie in DE 19819750 . beschrieben zeichnen sich durch hohe Festigkeiten, jedoch auch durch hohes Gewicht aus. Verbundbauteile dieser Art sind prozesstechnisch aufwendig und entsprechend kostenintensiv. Verbundbauteile aus verschiedenen Materialkombinationen sind nur bedingt recyclingfähig. Alle Polyolefine, und zu diesen gehören auch PP-Partikelschaumstoffe, weisen des weiteren eine sehr hydrophile Oberfläche auf und sind sehr schwer zu Schweißen, Lackieren und Kaschieren.Components made of unreinforced particle foams such as load carriers or surfing, wave or swimming boards often have inadequate mechanical properties in the case of tensile loads or bending loads and the associated tensile stresses in the component. Abrasion or breaking out of foam particles from the molded part surface is also problematic. Molded part surfaces coated or reinforced on one side improve the surface properties of the molded parts, but have only a limited influence on the bending strength of the components. With molded parts coated on one side, tensile stresses can only be absorbed by the coating in one bending direction. Composites with reinforcing fibers as in DE 19819750 , described are characterized by high strength, but also by high weight. Composite components of this type are complex in terms of process technology and correspondingly cost-intensive. Composite components made of different material combinations are only partially recyclable. All polyolefins, and these also include PP particle foams, also have a very hydrophilic surface and are very difficult to weld, paint and laminate.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, in einem wirtschaftlichen Prozess gewichtsreduzierte, kostengünstige Bauteilen aus Partikelschaum oder Partikelschaumverbunden mit verbesserten mechanischen Eigenschaften und/oder verbesserten optischen Eigenschaften bereitzustellen.The invention is therefore the object reduced weight in an economic process, inexpensive Particles made of particle foam or particle foam combined with improved mechanical properties and / or improved optical properties provide.

Dies wird dadurch gelöst, dass Formteile aus Schaumstoff mit zumindest einer Deckschichtschicht ganz oder teilweise umschlossen und form- und/oder stoffschlüssig verbunden werden. Die Herstellung dieser Verbundbauteile wird durch Kombination von Formteilen aus Partikelschaumstoff in Verbindung mit zumindest einer Deckschicht in Form von Schrumpffolien oder Schrumpfschläuchen erreicht, die über Wärmeintrag auf das Schaumteil aufgeschrumpft werden.This is solved by the fact that Molded parts made of foam with at least one top layer layer entirely or partially enclosed and positively and / or cohesively connected become. The manufacture of these composite components is by combination of molded parts made of particle foam in conjunction with at least a top layer in the form of shrink films or shrink sleeves, the about heat input be shrunk onto the foam part.

Als Partikelschaumstoff wird vorzugsweise EPP (expandierter Polypropylenpartikelschaum), EPS (expandierter Polystyrolpartikelschaum) oder EPE (expandierter Polyethylenpartikelschaum) eingesetzt. Die Deckschichten bestehen vorzugsweise aus TPO-Folien, PET-Folien oder Verbundfolien. Vorzugsweise werden für die Deckschichten Materialien eingesetzt die neben der formschlüssige Verbindung mit dem Schaumkern auch eine stoffschlüssige Anbindung erlauben. Eine Variante ist der Einsatz von verstreckten Polyethylen-Folien oder Folien aus einem Polyethylen (PE)-Polyethylenterephthalat (PET)-Verbund. Eine weitere Variante ist das Einbringen einer zusätzlichen Verstärkungsschicht als Zwischenlage zwischen Schaum und Deckschicht in Form eines Gewebes.EPP is preferred as the particle foam (expanded polypropylene particle foam), EPS (expanded polystyrene particle foam) or EPE (expanded polyethylene particle foam) is used. The Cover layers preferably consist of TPO films, PET films or composite films. Preferably be for The cover layers are used in addition to the positive connection with materials allow the foam core also a material connection. A Variant is the use of stretched polyethylene films or Films made from a polyethylene (PE) -polyethylene terephthalate (PET) composite. Another A variant is the introduction of an additional reinforcement layer as an intermediate layer between foam and top layer in the form of a fabric.

Die Ausführung der Deckschicht kann als Schrumpffolie oder Schrumpfschläuche erfolgen. Eine Variante ist hier der Einsatz tiefgezogener bzw. vorgeformter Folien um eine verbesserte Anpassung an die Kontur des Schaumstoffteiles zu erreichen. Eine weitere Variante ist die Vorverformung des Schrumpfschlauches um ebenfalls eine formschlüssige Anpassung zu erleichtern und Faltenbildung zu vermeiden.The execution of the top layer can as shrink wrap or shrink tubing. A variant is the use of deep-drawn or preformed foils by one to achieve improved adaptation to the contour of the foam part. A Another variant is the pre-deformation of the shrink tube also a positive one Facilitate adjustment and prevent wrinkles.

Die Verbindung der Deckschichten mit dem Schaum erfolgt im Anschluss an die eigentliche Herstellung des Schaumformteiles. Eine Variante zur Verbindung des Schaumteiles mit einer schlauchförmigen Deckschicht ist das Anlegen eine Vakuums zur Gewährleistung des vollständigen Formschlusses und Maximierung der Kontaktflächen. Eine weitere Variante ist hier die Zuhilfenahme eines formgebenden oder der Schaumteilkontur entsprechenden Werkzeuges zur Anpassung der Deckschicht an das Schaumteil.The connection of the top layers with the foam takes place after the actual production of the molded foam part. A variant for connecting the foam part with a tubular Covering is the creation of a vacuum to ensure complete positive locking and Maximizing the contact areas. Another variant is the use of a form-giving or the foam part contour corresponding tool for adaptation the top layer to the foam part.

Die Wärmezufuhr zur Aufschrumpfung der Deckschicht und gegebenenfalls Aktivierung eines Haftvermittlers erfolgt in einem Ofen, über Infrarot-Strahlung, hochfrequente Strahlung, Heißluft, oder über Kontakt mit anderen temperierbaren Medien wie Flüssigkeiten, z.B. Wasser, Öle oder Feststoffe, z.B. Stahl. Eine Variante ist der Einsatz einer Einrichtung zum kontinuierlichen Erwärmen wie z.B. ein Durchlaufofen in Verbindung mit Vorrichtungen zur Wärmezufuhr wie oben beschrieben. Eine weitere Variante ist auch das Einbringen der Deckschicht in das Formteilwerkzeug, welches zur Formgebung und Herstellung des Schaumteils im Formteilautomaten eingesetzt wird. Die Deckschicht kann so passgenau auf das Schaumteil aufgebracht werden; beim Einsatz von Schrumpfschläuchen wird das Schaum-Formteil in dieser Variante mit dem Schlauch umschlossen und in das Formteilwerkzeug eingebracht. Die erforderliche Wärmezufuhr über das Formteilwerkzeug und damit an die Deckschicht kann über Heißdampf, ähnlich wie bei der Verschweißung der Schaumpartikel zu einem Schaumteil erfolgen.The heat supply for shrinking the top layer and, if necessary, activation of an adhesion promoter takes place in an oven, over Infrared radiation, high-frequency radiation, hot air, or via contact with other temperable media such as liquids, e.g. Water, oils or Solids, e.g. Steel. A variant is the use of a facility for continuous heating such as. a continuous furnace in connection with devices for the supply of heat as described above. Another variant is the insertion the top layer into the molding tool, which is used for shaping and manufacture of the foam part used in the molding machine becomes. The cover layer can be applied precisely to the foam part become; when using shrink sleeves, the foam molding becomes in this variant enclosed with the hose and inserted into the molding tool. The required heat supply via the molding tool and thus to the top layer can be superheated, similar to the welding of the Foam particles are made into a foam part.

Wesentlicher Vorteil des Verfahrens ist die Erhöhung der Festigkeit der so hergestellten Bauteile bei minimaler Gewichtszunahme durch die Deckschicht. Die bei einer Biegebelastung der Schaumstoffbauteile resultierenden Zugspannungen sind an der Bauteiloberfläche maximal, da hier der maximale Abstand zur Spannungs-Nulllinie gegeben ist. Durch eine komplette Umhüllung des Schaumstoffes mit einer Deckschicht kann diese die auftretenden Zugspannungen aufnehmen. Sind Biegerichtung und die Belastungswerte bekannt ist eine teilweise Umschließung des Schaumstoffkerns zur Entlastung der kritischen oberflächennahen Bereich ausreichend. Im Idealfall wir so die Biegelinie an die Bauteiloberfläche verschoben. Weiterer Vorteil ist, dass über die Deckschichtstärke und/oder den Grad der Verstreckung der Deckschichtmaterialien die Schrumpfung der Deckschicht während des Beschichtungsvorganges beeinflusst werden kann und damit der Schaumkern zusätzlich an der Oberfläche komprimiert werden kann. Eine eventuellen Dehnung der Beschichtungsfolien bei Biege- und damit verbundener Zugbelastungen bewirkt somit zunächst nur eine Dekomprimierung der äußeren Schaumschicht, und eine Schädigung der Schaumpartikel, bzw. der Verbindungen wie sie bei Zugbelastungen auftritt wird vermieden. Ferner ist aufgrund des maximalen Formschlusses eine Ablösung der Deckschichten nahezu ausgeschlossen.Significant advantage of the procedure is the increase the strength of the components manufactured in this way with minimal weight gain through the top layer. The at a bending load of the foam components resulting tensile stresses are maximum on the component surface, since here the maximum distance to the voltage zero line is given. Through a complete wrapping of the foam with a cover layer, this can be the occurring Record tensile stresses. Are the bending direction and the load values a partial enclosure of the foam core is known for Relief of critical surface areas Area sufficient. Ideally, the bending line should be moved to the component surface. Another advantage is that over the top layer thickness and / or the degree of stretching of the top layer materials Shrinkage of the top layer during the coating process can be influenced and thus the Additional foam core on the surface can be compressed. A possible stretching of the coating films in the case of bending and associated tensile loads, therefore initially only causes decompression of the outer foam layer, and injury the foam particles, or the connections as they are under tensile loads occurrence is avoided. Furthermore, due to the maximum form fit a replacement of the cover layers almost impossible.

Claims (21)

Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Partikelschaumstoff in Verbindung mit zumindest einer das Formteil ganz oder teilweise umschließenden Deckschicht dadurch gekennzeichnet, dass über Wärmezufuhr die Deckschichten auf das Formteil aufgeschrumpft werden und form- und/oder stoffschlüssig mit dem Formteil verbunden werden.Process for the production of molded parts from particle foam in connection with at least one cover layer wholly or partially enclosing the molded part, characterized in that the cover layers are shrunk onto the molded part via heat supply and are connected to the molded part in a positive and / or integral manner. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht in Form einer Schrumpffolie vorliegt.Method according to one or more of the preceding claims characterized in that the cover layer is in the form of a shrink film. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht in Form eines Schrumpfschlauches vorliegt.Method according to one or more of the preceding claims characterized that the cover layer in the form of a shrink tube is present. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht umfassend gesiegelt oder geschweißt wird.Method according to one or more of the preceding claims characterized in that the cover layer is comprehensively sealed or welded. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht aus einem oder mehreren verstreckten Thermoplastfolien besteht.Method according to one or more of the preceding claims characterized in that the top layer of one or more stretched Thermoplastic films exist. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht aus einem a. Polyethylenterephthal (PET) b. Polethylen (PE) c. Verbund unterschiedlicher Folien bestehtMethod according to one or more of the preceding claims characterized in that the top layer consists of a a. Polyethylenterephthal (PET) b. Polyethylene (PE) c. Composite of different films consists Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht aus einem Verbund aus a. Folie und Schmelzkleber b. Folien mit unterschiedlichem Schmelzpunkten bestehen und Schmelzkleber bzw. bzw. die Folie mit dem niedrigeren Schmelzpunkt zur Schaumstoffseite angeordnet ist.Method according to one or more of the preceding claims, characterized characterized in that the cover layer made of a composite a. Foil and hot melt adhesive b. Films with different melting points consist and hot melt adhesive or the film with the lower melting point is arranged to the foam side. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass als Partikelschaumstoff EPP (expandierter Polypropylenpartikelschaum), EPS (expandierter Polystyrolpartikelschaum) oder EPE (expandierter Polyethylenpartikelschaum) eingesetzt wird.Method according to one or more of the preceding claims characterized in that the particle foam EPP (expanded polypropylene particle foam), EPS (expanded polystyrene particle foam) or EPE (expanded Polyethylene particle foam) is used. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Deckschicht und Schaumkern eine Verstärkungsschicht in Form eines Gewebes eingebracht wird.Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that a reinforcing layer in the form of a fabric is introduced between the cover layer and the foam core. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, Haftvermittler in Form von Klebstoffen oder Schmelzkleber eingesetzt werden.Method according to one or more of the preceding claims marked, adhesion promoter in the form of adhesives or hot melt adhesive be used. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufbau des Schaum-Deckschichtverbundes die Wärmezufuhr über a. einen Ofen, b. über Infrarot-Strahlung c. hochfrequente Strahlung d. Heißluft, e. temperierbare Flüssigkeiten f. temperierte Feststoffe erfolgt.Method according to one or more of the preceding claims characterized that to build up the foam top layer composite the heat supply over a. an oven, b. about Infrared radiation c. high frequency radiation d. Hot air, e. temperable liquids f. tempered solids he follows. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturen zum Aufbringen der Deckschicht zwischen 60 und 200°C liegen.Method according to one or more of the preceding claims characterized that the temperatures for applying the top coat between 60 and 200 ° C lie. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufbringen der Deckschicht ein formgebendes oder der Außenkontur des Schaumteiles entsprechendes Werkzeug eingesetzt wird, welches zum Aufschrumpfen der Deckschicht temperiert wird.Method according to one or more of the preceding claims characterized in that a shaping for applying the top layer or the outer contour the foam part corresponding tool is used, which for Shrinking the top layer is tempered. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugoberfläche des Werkzeuges zum Aufbringen der Deckschicht mit einer Struktur oder Prägung versehen ist.Method according to one or more of the preceding claims characterized that the tool surface of the tool for application the top layer is provided with a structure or embossing. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Deckschicht in einem Fomteilautomaten im Formteilwerkzeug erfolgt.Method according to one or more of the preceding claims characterized in that the application of the top layer in a molding machine done in the molding tool. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Deckschicht der Außenkontur des Schaumstoff-Formteiles entspricht.Method according to one or more of the preceding claims characterized in that the shape of the outer layer of the outer contour of the Foam molding equivalent. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht in einem Thermoform- oder Tiefziehprozess vorgeformt wird.Method according to one or more of the preceding claims characterized that the top layer in a thermoforming or deep drawing process is preformed. Werkstoffverbund und Produkte die nach einen oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen hergestellt werden.Composite material and products according to one or more of the previous claims made become. Werkstoffverbund und Produkte die nach einen oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen hergestellt werden dadurch gekennzeichnet, dass die Folie zur Verbesserung der Steifigkeit des Bauteiles und/oder als Farbträger für Werbe- oder Kennzeichnungsaufdrucken dientComposite material and products according to one or more of the previous claims made are characterized in that the film to improve the Stiffness of the component and / or as a color carrier for advertising or identification prints is Werkstoffverbund und Produkte die nach einen oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen hergestellt werden dadurch gekennzeichnet, dass es sich um Boxen, Ladungsträger oder Surf-, Wellen-, oder Schwimmbretter handelt.Composite material and products according to one or more of the previous claims made are characterized by the fact that they are boxes, load carriers or Surf, wave, or swimming boards. Werkstoffverbund und Produkte die nach einen oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen hergestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorder- oder Rückseite der Folie oder des Folienverbundes bedruckt ist.Composite material and products according to one or more of the previous claims made , characterized in that the front or back the film or the film composite is printed.
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