DE10328896A1 - Verbundwerkstoff und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

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Maik Ziegler
Ekkehard Labitzke
Matthias Meimberg
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Fagerdala Deutschland GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus Schaumstoffpartikeln in Verbindung mit Fasern und/oder nachzerkleinertem Granulatorengut und/oder Vliesen, die vorzugsweise für Formteile, Planteile oder Halbfabrikate mit erhöhten Ansprüchen bzgl. Akustik, Festigkeiten und Energieabsorption, wie z. B. für Dämmungen, Verpackungen, Dach- oder Bodenunterlegung, Türinserts, aber auch als Crash-Pads eingesetzt werden. DOLLAR A Hierbei werden Schaumstoffpartikel, vorzugsweise EPP (expandierter Polypropylenpartikelschaum), EPS (expandierter Polystrolartikelschaum), EPE (expandierter Polyethylenpartikelschaum) oder Schaumpartikel, die mittels Zerkleinerung aus vernetzten und unvernetzten (XPP) Polyolefinschaumfolien oder -platten gewonnen werden, in Verbindung mit Fasern, Granulatorengut oder lagenweise mit Vliesen sinvoll und kostengünstigst zu einem Formplanteil verarbeitet. Diese werden sowohl als Halbzeug hergestellt und anschließend verpresst oder aber als Halbzeug mit anderen in einem Formteilautomaten zusammen verarbeitet oder aber aus mehreren Komponenten, wie z. B. EPP-Faser-Granulat-Vlies in einem Arbeitsgang, unter Einfluss von Heißluft/Dampf im Automaten, zu einem Formteil gefahren. DOLLAR A Das erfindungsgemäße Verfahren vereint mehrere Produktionsabläufe in einem, auch in Hinblick auf Akustik, Sortenreinheit und insbesondere auf Kosten wurde Wert gelegt. DOLLAR A Die Verarbeitung kann im herkömmlichen Formteilprozess in einem Formteilautomaten erfolgen, wobei die ...

Description

  • 1. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus Partikelschaumstoffen in Verbindung mit Fasern und/oder Granulat durch Mischen der Schaumpartikel, Granulat mit Fasern und Eintrag ins Werkzeug über Füllinjektoren oder durch getrennte Zugabe der Schaumpartikel, Granulat und Fasern in ein Werkzeug und ein anschließende Verbindung der Komponenten zu einem Formteil über einen herkömmlichen Formteilprozess oder ein davon abweichendes Verfahren.
  • 2. Es ist bekannt, dass Schaumpartikel unter Einsatz von Heißdampf in Formteilautomaten zu Formteilen verarbeitet werden. Diese Formteile können durch Umschäumen von Einlegeteilen, Kaschieren mit Folien oder Textilien für ihre jeweiligen Anwendungsfälle modifiziert werden.
  • 3. Die Eigenschaften von Formteilen aus Partikelschaumstoffen werden in der Regel durch ihre konstruktive Auslegung, Materialdichte oder die Kombination mit Deckschichten oder Einlegeteile erreicht. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Bildung eines Werkstoffverbundes, durch Umschäumen, Hinterschäumen oder nachträgliches Kaschieren der Schaumstoffteile.
  • 4. Patent DE 4312517 und DE 19544451 beschreiben ein Schaumteil kombiniert mit einer Verstärkungsmatte, Gewebe, Vlies zum Herabsetzen der Rissempfindlichkeit des Bauteils. Häufig werden auch Verbundstrukturen aus Schaumstoffen in Verbindung mit Deckschichten aufgebaut bei denen Schaumpartikel im Formteilprozess mit Heißdampf verschweißt werden, wie beispielsweise in DE 100 03 595 A . In EP 1077127 wird ein Verbundwerkstoff beschrieben, der mit einer mit schäumbaren und/oder aushärtbaren Stoffen durchsetzten Naturfasermatte aufgebaut ist.
  • 5. In Patent DE 19641944 werden zur Verbesserung der Energieabsorption Stäbchenelemente im Formteilprozess ins Schaumformteil integriert um so die Steifigkeit und das Energieabsorptionsvermögen auf den jeweiligen Anwendungsfall zu optimieren. DE 3345408 und DE 4432082 beschreiben Bauteile bestehend aus Schaumelementen verschiedener Dichte um so die Eigenschaften des Bauteils gezielt einzustellen.
  • 6. Schaumstoffteile, die hinsichtlich ihrer Eigenschaften optimiert werden sollen, sind häufig prozesstechnisch aufwendig und kostenintensiv herzustellen. Die Herstellung von Formteilen aus Partikelschaumstoffen wie EPP erfolgt über die Herstellung der Schaumperlen mittels Autoklav- oder Extrusionsverfahren, die energetisch aufwendige Verschweißung von PP-Schaumpartikeln im Formteilprozess mittels Heißdampf, und die anschließende Temperung. Die Kaschierung mit einer Dekorfolie oder mit einem Textil erfordert weiter Prozessschritte. Verfahren zur Verstärkung durch Deckschichten die hinterschäumt werden oder Einlegeteile, die umschäumt werden, bringen ebenfalls einen erheblichen Handlingaufwand mit sich, hinzu kommt hier neben der erheblichen Prozessunsicherheit vor allem eine begrenzte Haftung des Werkstoffverbundes und häufig ist die Verschweißung und damit Haftung der Partikel untereinander unzureichend.
  • 7. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, in einem wirtschaftlichen Prozess die Herstellung von Bauteilen aus Partikelschaum mit wesentlich verbesserter Haftung der verwendeten Komponenten und definierten Eigenschaften vornehmlich optimierter Akustik, Festigkeiten und Handlingeigenschaften herzustellen.
  • 8. Dies wird dadurch gelöst, dass Schaumpartikel, Fasern und nachzerkleinertes Granulat in ein Werkzeug gegeben werden und zu Formteilen verbunden werden, wobei über die Größe, den Typ und den Anteil der Fasern und Granulat die Formteileigenschaften maßgeblich bestimmt werden. Als Schaumpartikel werden vorzugsweise EP (expandierter Polypropylenpartikelschaum), EPS (expandierter Polystyrolpartikelschaum) oder EPE (expandierter Polyethylenpartikelschaum) eingesetzt. Als Fasern können Natur-, Synthese-, Mineral- und Recyclingfasern daraus allein oder eine Mischung aus diesen eingesetzt werden. Als nachzerkleinertes Granulat kann ein auf definierte Korngröße gebrachte Produktionsreststoffe aus der Teppichindustrie oder aus Rücknahmevereinbarung allein oder in Mischung mit Fasern und/oder Schaumpartikeln eingesetzt werden. Zur wesentlichen Verbesserung der Schaumpartikel- Faser und Granulat-Haftung werden sortenreine und/oder CO-polymere Fasern bei entsprechender Länge, Kräuselung und Stärke (DTEX) eingesetzt. Die Schaumpartikel, Fasern und Granulate werden gemischt und in ein Werkzeug eingebracht oder über getrennte Füllsysteme dosiert in ein Werkzeug eingebracht.
  • 9. Die Formteilherstellung 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 des Schaumpartikel-Faser- und Granulat-Gemisches über Mikrowellenenergie, mittels Infrarotstrahlung, durch Eintrag von Haftvermittlern/Klebstoffen, Heißluft und/oder in Press- oder Thermoformverfahren. Eine Variante ist auch die Herstellung einzelner Schichten, die zu einem Formteil verbunden werden und anschließend oder während des Verbindens der Fasern und Schaumpartikel über Press- oder Thermoformvorgänge umgeformt werden. Eine weitere Variante ist die Verbindung mit Einlageteilen, Vliesen, Textilien, Folien. Über die Fasern kann eine zusätzliche Anbindung dieser Einlegeteile, Vliese, Textilien, Folien an die Schaumpartikel erreicht werden. Die Anbindung der Fasern an die Schaumpartikel und ggf. Einlegeteile, Vliese, Textilien, Folien kann stoff-, form- oder kraftschlüssig sein. Eine stoffschlüssige Verbindung kann bei synthetischen Fasern oder Fasern mit Co-polymerem Anteil oder mit polymeren beschichteten Fasern erzielt werden. Der Einsatz von Zwischenlagen im Schaumstoff oder Granulatteil in Form von Vliesen, Folien oder Textilien, die aus gleichen polymeren oder CO-polymeren bestehen oder zusätzlich mit polymeren, haftvermittler, Harzen versehen werden können, ermöglichen eine weitere Formteilverstärkung sowie Absorberaufgaben. Ebenso ist der Einsatz von Glasfaservliesen oder Gelege in Verbindung mit einzelnen Glasfasern möglich.
  • 10. Wesentlicher Vorteil des Verfahrens ist die Herstellung von Schaumstoffverbunden, die in einem Verfahrensschritt hergestellt werden können und deren Eigenschaften gezielt durch die Typ und Größe und Anteil der Fasern und Granulate eingestellt werden können. Weiterer Vorteil des Einsatzes von Fasern ist eine verbesserte Verbindung der Schaumstoffpartikel untereinander über die Fasern und Granulate sowie eine Anbindung der Schaumpartikel über die Fasern an Einlegeteile, Folien, Vliese, Gewebe oder Textilien. Die Anbindung, Haftung und damit die Kraftübertragung dieser Komponenten an die Schaumpartikeln wird über die Fasern erheblich verbessert, was einerseits den Aufbau hochfester Bauteile ermöglicht, und andererseits die Akustik sowohl im tiefen, mittleren und hohen Frequenten-Bereich in keinem Falle vernachlässigt wird. Je nach Produkt und Einsatz wird die so oft vernachlässigte Akustik steuerbar.
  • Ausführungsbeispiel: Schallabsorptionsmessung und Partikelschaumstoffen und den erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff:
    Figure 00030001
  • a) Skizze/Ausführungsbeispiel:
    Schaumpartikel (2) und Fasern (1) werden über Dosiereinrichtungen (3) in ein Werkzeug (4) befördert und dort zu Formteilen verschweißt. Die Förderung der Schaumpartikel erfolgt über Druckluft, wobei die Ausgangsstoffe (1, 2) gegen einen Gegendruck im Werkzeug (4) gefördert werden. Die Verbindung bzw. Verschweißung der Schüttung aus Fasern (1) und Schaumpartikel (2) kann über Heißdampf oder Strahlungsenergie erfolgen. Zusätzlich können Einlegeteile (5) oder Fasermatten (6) mit in den Formteil-Prozess integriert werden und eine Anbindung dieser Komponenten (5, 6) an Fasern (1) und Schaumstoff (2) erfolgen. (siehe Skizze 1 und 2)
  • b) Skizze/Ausführungsbeispiel
    Schaumpartikel (2) und Fasern (1) werden in ein Werkzeug (4) befördert und dort zu Formteilen verschweißt. Die Förderung der Schaumpartikel kann über Dosiereinrichtungen oder manuell erfolgen. In einem zweiten Schritt wird das Gemisch aus Fasern (1) und Schaumpartikel (2) mechanisch über die Werkzeughälften (4) und/oder pneumatisch verdichtet und über Heißdampf, Strahlungsenergie oder eine andere Art der Wärmezufuhr zu einem Formteil verschweißt. Zusätzlich können Einlegeteile oder Fasermatten (6) mit in den Formteil-Prozess integriert werden und eine Anbindung dieser Komponenten (6) an Fasern (1) und Schaumstoff (2) erfolgen.
  • (siehe Skizze 3 und 4)

Claims (31)

  1. Verfahren zur Herstellung von Form- und Planteilen aus Schaumstoffpartikeln und/oder Fasern und/oder nachzerkleinertem Gut/Granulat und/oder zerkleinerten Folien dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten in ein Werkzeug gegeben werden und durch Verbindung dieser Komponenten ein Verbundwerkstoff hergestellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass expandierte Polypropylenpartikel (EPP), expandierte Polyethylenpartikel (EPE) oder expandierte Polystyrolpartikel (EPS) oder Schaumpartikel die mittels Zerkleinerung aus vernetzten und unvernetzten (XPP) Polyolefinschaumfolien oder -platten, als Schaumpartikel eingesetzt werden.
  3. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass die alle oder einzelne Komponenten Recyclate sind.
  4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass Natur-, Mineral-, Synthesefasern oder mit einem Polymer beschichtete Fasern oder Co-Polymere oder eine Kombination verschiedener Fasertypen eingesetzt wird.
  5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Fasern zwischen 1 mm und 150 mm liegen.
  6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern eine Kräuselung haben, die zwischen 1 und 10 Bögen pro 1 cm liegt.
  7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern schlank sind.
  8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass nachzerkleinertes Gut/Granulat hauptsächlich bestehend aus Polymeren und Füllstoffen vorliegt.
  9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass die Korngröße des Granulates zwischen 1 mm und 150 mm liegt.
  10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass alle Bestandteile untereinander in beliebigem Masse-Prozent-Anteilen mischbar sind.
  11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass diese Rohstoffe separat ins Werkzeug eingetragen werden
  12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass diese Rohstoffe gemischt ins Werkzeug eingetragen werden.
  13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass ein schichtweiser Aufbau aus einem Schaumpartikel-Faser-Gemisch und/oder Granulat und/oder Vliesen und/oder Textilien und/oder Folien aufgebaut wird.
  14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass diese Vliese, Textilien oder Folien als Verstärkung und Absorber zwischen Schaumpartikel-Faser-Gemisch und Granulat liegen.
  15. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen gekennzeichnet, dass diese Vliese, Textilien oder Folien zwischen Schaumpartikel-Faser-Gemisch und oder zwischen Granulat als Verstärkung, Haftvermittler liegen und als Absorber wirken können.
  16. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumpartikel-Faser-Granulat-Verbund mit einer Deckschicht kaschiert wird und diese Deckschicht aus – einer TPO-Folie, – einer TPO-Folie mit Schaumrücken, – einem Textil, – einem Textil mit Schaumrücken, – Naturfasern – Glasfasern, einem Hybridgewebe aus Glasfasern und Polymer-Fasern oder einem Hybridgewebe aus Naturfasern und Polymer-Fasern besteht.
  17. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass Einlageteile in den Schaumstoffverbund mit eingebracht werden
  18. Verfahren nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, dass Einlageteile vor und/oder während des Prozesses erwärmt werden
  19. Verfahren nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, dass diese Einlegeteile zur Versteifung des Schaumstoffverbundes dienen.
  20. Verfahren nach Anspruch 17 gekennzeichnet, dass diese Einlageteile Funktionselemente wie Halter, Scharniere, Spiegelklappe, Platinen beinhalten
  21. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Berührungsflächen der zu verbindenden Materialien mit Haftvermittler oder Klebstoff versehen werden
  22. Dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoffverbund in einem porösen, perforierten oder gelochten Werkzeug mittel Heißluft zu einem Plan- oder Formteil thermisch gebunden wird.
  23. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern, Granulate und Schaumpartikel in einem porösen, perforierten oder mit Dampfdüsen versehenen Werkzeug mittels Heißdampf zu einem Formteil verschweißt werden
  24. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern, Granulate und Schaumpartikel im Werkzeug mittels hochfrequenter Strahlung zu einem Formteil verschweißt werden
  25. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern, Granulate und Schaumpartikel im Werkzeug mittels Infrarot-Strahlung zu einem Formteil verschweißt werden
  26. Verfahren nach einem oder mehreren der vorgehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug aus einem Harz oder Metall besteht, welches perforiert ist
  27. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoffverbund endlos durch ein kontinuierliches Verfahren hergestellt wird
  28. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoffverbund während oder nach der Verschweißung umgeformt wird
  29. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die umzuformenden Materialien auf eine Temperatur von 100–250°C erwärmt werden
  30. Verbundwerkstoff und Werkstoffverbund und Produkte die nach einen oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen hergestellt werden
  31. Verbundwerkstoff und Werkstoffverbund und Produkte die nach einen oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen hergestellt werden dadurch gekennzeichnet dass es sich um Fußboden- oder Dachschichten im Haushalt oder Automotivsektor handelt.
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