DE10352513A1

DE10352513A1 - Formteil, Verfahren zu dessen Herstellung sowie dessen Verwendung

Info

Publication number: DE10352513A1
Application number: DE10352513A
Authority: DE
Inventors: Carsten Nickel; Kathrin Reichel; Jochen Gassan; Peter Günther
Original assignee: Faurecia Innenraum Systeme GmbH
Current assignee: Faurecia Innenraum Systeme GmbH
Priority date: 2003-11-05
Filing date: 2003-11-05
Publication date: 2005-06-16
Also published as: EP1682321B1; DE502004010919D1; CN1878646A; EP1682321A1; WO2005044535A1; CN1878646B; ATE461026T1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Formteil, ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie dessen Verwendung. Das Verfahren zur Herstellung eines Formteils beinhaltet folgende Schritte: DOLLAR A a) Verpressung eines Halbzeugs in einem Heißpresswerkzeug zu einem Trägerteil und DOLLAR A b) Aufkaschieren mindestens eines Dekorelements, das an der mit dem Trägerteil zu verbindenden Oberfläche zumindest bereichsweise mit einem duroplastischen Adhäsionsmittel versehen ist, auf mindestens einer Oberfläche des Trägerteils unter Ausnutzung dessen Restwärme.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus einem Trägerteil und einem Dekorelement, wobei die Verbindung dieser Bauteile durch ein duroplastisches Adhäsionsmittel erfolgt. Ebenso betrifft die Erfindung derartig hergestellte Formteile. Diese finden Verwendung als Innenverkleidung im Fahrzeugbau, z. B. als Türseitenteile, Dachhimmel oder Armaturentafeln.
Im Innenraum von Fahrzeugen wird eine Vielzahl von Formteilen eingesetzt, beispielsweise Türseitenteile, Dachhimmel, Armaturenbretter oder Instrumententafeln. Derartige Formteile bestehen üblicherweise aus einem Trägerteil, das mit einem Dekorelement beschichtet ist. Trägerteile bestehen dabei in der Regel aus Kunststoffen oder Kunststoff-haltigen Verbundwerkstoffen, wie z. B. Acrylnitril-Styrol-Butadien(ABS), Polypropylen, Polyethylen oder Polystyrol. Ebenso kommen als Trägermaterialien Faserverbundstoffe auf Basis textiler Flächengebilde aus Hanf, Sisal, Flachs, Glasfasern sowie aus Holzwerkstoffen in Form von Holzmehl oder Holzspänen oder auch Papier, gebunden mit duroplastischen Bindemitteln, in Frage. Ein weiterer Werkstoff für derartige Trägerteile basiert auf geschäumten Materialien aus Polyurethan oder Epoxidharzen, die gegebenenfalls auch glasfaserverstärkt sein können.

Die Herstellung derartiger Formteile nach dem Stand der Technik erfolgt über eine Verbindung des Trägerteils mit dem Dekorelement. Üblicherweise erfolgt dies unter Verwendung von Klebstoffen, insbesondere in Form von Schmelzklebstoffen oder Dispersionen, die mit Hilfe von Walzen, Düsen oder Sprühgeräten auf die zu verklebende Grenzfläche des Trägerteils oder des Dekorelementes aufgetragen werden. Häufig werden die Klebstoffe vor der endgültigen Fertigstellung des Formteils auf die bahnenförmigen Vorprodukte aufgetragen, so dass sie vor dem Fügen der Teile reaktiviert werden müssen. Dabei sind Temperaturen von 150 °C bis über 250 °C erforderlich. Das Problem hierbei ist, dass es häufig zu Verformungen, Delaminierungen, Verbrennungen oder Zerstörungen des bahnförmigen Dekormaterials kommt. Die Reaktivierung der Klebstoffe erfordert während des Fügeprozesses Oberflächentemperaturen von mehr als 120 °C, um einen ausreichenden Klebeverbund der Schichten zu erreichen. Dieser hohe Energieeintrag führt häufig zu Spannungen im Verbundmaterial und teilweise zur Zerstörung der Formteile, zumindest an deren Oberfläche.

Aus der DE 102 10 477 ist ein Verfahren zum Verbinden flächiger Formteile bekannt, bei dem eine wässrige Klebstoffdispersion auf die zu verbindende Grenzfläche mindestens eines der beiden zu verbindenden Formteile aufgetragen wird und anschließend die wässrige Dispersion mit Hilfe von elektromagnetischer Strahlung, vorzugsweise NIR-Strahlung, getrocknet wird. Hiernach erfolgt eine thermische Aktivierung der mit der wässrigen Klebstoffdispersion beschichteten Grenzflächen, bevor die Formteile durch Verpressen gefügt werden.

Dieses Verfahren bringt den Nachteil mit sich, dass ein zusätzlicher Energieeintrag erforderlich ist, um den Klebstoff zu reaktivieren und somit das Fügen von Trägerteil und Dekorelement zu ermöglichen.

Ausgehend hiervon war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils bereitzustellen, das gegenüber dem Stand der Technik geringere gerätetechnische Anforderungen stellt und eine kostengünstigere Herstellung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zur Herstellung eines Formteils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch das Formteil mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf. In Anspruch 26 wird die Verwendung der erfindungsgemäßen Formteile beschrieben.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils bereitgestellt, das auf folgenden Verfahrensschritten beruht:

a) zunächst erfolgt eine Verpressung eines Halbzeugs in einem Heißpresswerkzeug zu einem Trägerteil.
b) Anschließend wird auf mindestens eine Oberfläche des Trägerteils mindestens ein Dekorelement, das an der mit dem Trägerteil zu verbindenden Oberfläche zumindest bereichsweise mit einem duroplastischen Adhäsionsmittel versehen ist, aufkaschiert.

Die Besonderheit beruht darauf, dass das Aufkaschieren unter Ausnutzung der Restwärme des Trägerteils aufgrund der Verpressung des Halbzeugs im Heißpresswerkzeug bei über 200 °C erfolgt. Hierdurch wird eine Reaktivierung des Adhäsionsmittels, die einen zusätzlichen Energieeintrag erfordert, vermieden.

Die Tatsache, dass auf eine zusätzliche Reaktivierung verzichtet werden kann, ermöglicht, dass das Verfahren in einem einzigen Presswerkzeug durchgeführt wird, was das Verfahren deutlich ökonomischer macht.

Vorzugsweise wird das Adhäsionsmittel in Form eines Films, eines Vlieses oder einer Folie verwendet. Gerade die Verwendung eines Vlieses oder einer Folie bringt den Vorteil mit sich, dass auf das teuere und aufwendige Aufsprühen eines Adhäsionsmittels verzichtet werden kann, wodurch das Verfahren sehr umweltfreundlich wird. Das Adhäsionsmittel sollte dabei eine Reaktionstemperatur aufweisen, die kleiner als die Temperatur des Heißpresswerkzeugs und deutlich höher als Raumtemperatur ist. Hierbei weist das Adhäsionsmittel vorzugsweise eine Reaktionstemperatur zwischen 100 und 200 °C, bevorzugt zwischen 120 und 160 °C und besonders bevorzugt von 150 °C auf.

Wird ein Adhäsionsmittel in Form einer Folie verwendet, so eignet sich hierfür besonders eine Folie aus einem thermoplastischen Elastomer (TPE) oder einem Copolyester. Dies ermöglicht eine besonders gute Anhaftung des Adhäsionsmittels an der Folie und bringt den Vorteil mit sich, dass ein späteres Ablösen, z. B. aufgrund von Temperaturwechseltests, ausgeschlossen ist.

Aus stofflicher Sicht können sämtliche duroplastischen Adhäsionsmittel verwendet werden. Bevorzugt besteht das Adhäsionsmittel aber aus einem Polyurethan, einem radikalisch polymerisierten Polymer oder deren Gemischen. Das Polyurethan ist dabei vorzugsweise aus Diisocyanaten, Polyetherdiolen und/oder Polyesterdiolen aufgebaut. In einer vorteilhaften Weiterbildung enthält das Adhäsionsmittel Verbindungen, die im Mittel zwischen 2 und 10 Carbodiimidgruppen pro Molekül aufweisen. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn das Adhäsionsmittel lagerungsbeständig ist.

Als Dekorelemente kommen vorzugsweise Polymere, Leder, Textil, Schaum und/oder deren Verbundsysteme in Frage. Besonders bevorzugt sind hier Polypropylen (PP) oder Gemische aus PP und Polyethersulfon (PES) in Form von Fliesen.

Vorzugsweise ist das für das Dekorelement verwendete Polymer ausgewählt aus der Gruppe Polyester, Polyethylen, Teresthalat, Polyacetat, Polyolefin, wie Polypropylen oder Polyvinylchlorid, oder deren Copolymere.

Als Trägerteil wird vorzugsweise ein Kunststoff oder ein kunststoffhaltiges Verbundsystem verwendet. Hier zu zählt beispielsweise Acryl-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS).

Besonders bevorzugt wird als Trägerteil ein Verbundsystem aus 60–80 Gew.-% Holzfasern, 15–30 Gew.-% Polyester-Fasern und 5–15 Gew.-% duroplastischem Bindemittel verwendet. Als duroplastisches Bindemittel bieten sich hierbei Phenolharze sowie Acrylat-Bindemittel an.

Erfindungsgemäß wird ebenso ein Formteil aus einem heißgepressten Trägerteil und einem Dekorelement bereitgestellt, wobei die mit dem Trägerteil zu verbindende Oberfläche zumindest bereichsweise mit einem duroplastischen Adhäsionsmittel, versehen ist. Hinsichtlich des Adhäsionsmittels, des Trägerteils und des Dekorelements wird auf die hinsichtlich des Verfahrens gemachten Ausführungen verwiesen.

Vorzugsweise ist das Formteil nach dem Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13 herstellbar.

Verwendung finden die erfindungsgemäßen Formteile als Innenverkleidung im Fahrzeugbau. Beispielhafte Bauteile sind hier z. B. Türenseitenteile, Dachhimmel, Armaturenbretter, oder Karosseriesäulen.

Zur näheren Erläuterung sollen die nachfolgenden Figuren und Beispiele dienen, die allerdings nur exemplarischen Charakter besitzen und nicht die gesamte Breite des erfindungsgemäßen Gegenstandes abdecken.
1 zeigt den Verpressungsschritt eines Formteils in einem Heißpresswerkzeug.
2 zeigt den Kaschiervorgang eines erfindungsgemäßen Formteils.
In 1 wird eine Holzfaserformstoffmatte 1 in einem Heißpresswerkzeug, das aus einem oberen Heißpresswerkzeug 2 und einem unteren Heißpresswerkzeug 3 verpresst wird. Die Verpressung erfolgt hierbei bei 230 °C über einen Zeitraum von 30 Sekunden.
Gleichzeitig kann in das Kaschierwerkzeug, das aus einem oberen Kaschierwerkzeug 4 und einem unteren Kaschierwerkzeug 5 besteht, das ausgewählte Dekorelement 6 mit dem lagerstabilen Adhäsionsmittel 7 eingelegt werden (siehe 2).
Nach Beendigung des Heißpressvorgangs wird das Bauteil aus der Presse entnommen und in die Kaschierform des Kaschierwerkzeuges (Restwärme des Bauteils ca. 150 °C) gelegt. Anschließend erfolgt die Kaschierung bei 20 bar über einen Zeitraum von 60 Sekunden.
Nach Ablauf des Kaschiervorgangs kann das fertig kaschierte Formteil entnommen werden und der Zyklus von vorne beginnen.
Beispiel 1
Zunächst wird eine Matte Lignoprop (Holzfaserformstoff) in ein Standardheißpresswerkzeuge eingelegt und bei 220°C (bzw. bei mehr als 200°C) länger als 20 s verpresst. Nach dem Verpressen öffnet sich die Presse und das hergestellte dreidimensional verformte Trägerteil verbleibt in dem Heißpresswerkzeug so lange, bis die Temperatur an der Oberfläche des Trägerteils auf weniger als 150 °C abgekühlt ist.
Über das im Unterwerkzeug der Presse verbliebene Trägerteil wird passgenau ein Rahmen eingefahren. In diesem Rahmen befindet sich das zu kaschierende Dekor und auf dessen Rückseite haftet die Klebeschicht, die wiederum der Oberfläche des Trägerteiles zugewandt ist. In diesem Standardheißpresswerkzeug sind in dem Unterwerkzeug Bohrungen eingebracht, die zum Zweck des Vakuumkaschierens benötigt werden.
Der Prozess des Vakuumkaschierens wird in Gang gesetzt und das mit einer Kleberschicht behaftete Dekor wird auf die Oberfläche des Trägerteiles aufgezogen, wobei zur Aktivierung des Klebers die Restwärme des Trägerteils genutzt wird. Der Kleber schmilzt auf, und verteilt sich gleichmäßig auf der Oberfläche des Trägerteiles. Während das Trägerteil weiter abkühlt, reagiert der Kleber aus und verbindet dabei das Dekor mit dem duroplastisch gebundenen Trägerteil. Der hier auf geführte Vakuumkaschierprozess dauert weniger als 30 s.
Beispiel 2
Zunächst wird eine Matte Lignoprop (Holzfaserformstoff) in ein Standardheißpresswerkzeug eingelegt und bei mehr als 200 °C, länger als 30 s verpresst. Nach dem Verpressen öffnet sich die Presse und das dreidimensional verformte Trägerteil wird in ein kaltes Vakuumkaschierwerkzeug eingelegt bis auf eine Temperatur kleiner 150 °C abgekühlt. Oberhalb dieses Vakuumkaschierwerkzeuges befindet sich das mit einer Kleberschicht behaftete Dekor, das nun mit Hilfe des Vakuumkaschierprozesses auf die Oberfläche des Trägerteiles aufgezogen wird, wobei zur Aktivierung des Klebers die Restwärme des Trägerteiles genutzt wird. Der Kleber schmilzt auf und verteilt sich gleichmäßig auf der Oberfläche des Trägerteiles. Während das Trägerteil weiter abkühlt, reagiert der Kleber aus und verbindet dabei das Dekor mit dem duroplastisch gebundenen Trägerteil. Der hier aufgeführte Vakuumkaschierprozess dauert weniger als 30 s.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Formteils durch a) Verpressung eines Halbzeugs in einem Heisspresswerkzeug zu einem Trägerteil und b) Auf kaschieren mindestens eines Dekorelements, das an der mit dem Trägerteil zu verbindenden Oberfläche zumindest bereichsweise mit einem duroplastischen Adhäsionsmittel versehen ist, auf mindestens einer Oberfläche des Trägerteils unter Ausnutzung dessen Restwärme.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Adhäsionsmittel in Form eines Films, eines Vlieses oder einer Folie verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Adhäsionsmittel eine Reaktionstemperatur besitzt, die kleiner als die Temperatur des Heisspresswerkzeugs und größer als Raumtemperatur ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Adhäsionsmittel eine Reaktionstemperatur zwischen 100 und 200°C, bevorzugt zwischen 120 und 160°C und besonders bevorzugt von 150°C besitzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Adhäsionsmittel aus einem Polyurethan, einem radikalisch polymerisierten Polymer oder deren Gemischen besteht.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyurethan aus Diisocyanaten, Polyetherdiolen und/oder Polyesterdiolen aufgebaut ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Adhäsionsmittel Verbindungen mit 2 bis 10 Carbodiimidgruppen pro Molekül enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Adhäsionsmittel lagerungsbeständig ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Dekorelemente aus einem Polymer, Leder, Textil, Schaum und/oder deren Verbundsystemen verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe Polyester, Polyethylenterephthalat, Polyacetat, Polyolefin, wie Polypropylen oder Polyvinylchlorid, oder deren Copolymeren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägerteil ein Kunststoff oder deren Verbundsysteme verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Kunststoff Acryl-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbundsystem aus 60 bis 80 Gew.-% Holzfasern, 15 bis 30 Gew.-% Polyester-Fasern und 5 bis 15 Gew.-% duroplastischen Bindemitteln verwendet wird.
Formteil aus einem heissgepressten Trägerteil und einem Dekorelement, wobei die mit dem Trägerteil zu verbindende Oberfläche zumindest bereichsweise mit einem duroplastischen Adhäsionsmittel versehen ist.
Formteil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Adhäsionsmittel zwischen den Oberflächen des Trägerteils und des Dekorelements einen Film, einen Vlies oder eine Folie bildet.
Formteil nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Adhäsionsmittel eine Reaktionstemperatur besitzt, die kleiner als die Temperatur des Heisspresswerkzeugs und größer als Raumtemperatur ist.
Formteil nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Adhäsionsmittel eine Reaktionstemperatur zwischen 100 und 200°C, bevorzugt zwischen 120 und 160°C und besonders bevorzugt von 150°C besitzt.
Formteil nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Adhäsionsmittel aus einem Polyurethan, einem radikalisch polymerisierten Polymer oder deren Gemischen besteht.
Formteil nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyurethan aus Diisocyanaten, Polyetherdiolen und/oder Polyesterdiolen aufgebaut ist.
Formteil nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Dekorelement aus einem Polymer, Leder, Textil, Schaum und/oder deren Verbundsystemen besteht.
Formteil nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer aus Polyester, Polyethylenterephthalat, Polyacetaten oder Polyolefinen, wie Polypropylen oder Polyvinylchlorid, besteht.
Formteil nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägerteil ein Kunststoff oder deren Verbundsysteme verwendet wird.
Formteil nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff aus Acryl-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS) besteht.
Formteil nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundsystem aus 60 bis 80 Gew.-% Holzfasern, 15 bis 30 Gew.-Polyester-Fasern und 5 bis 15 Gew.-% duroplastischen Bindemitteln besteht.
Formteil herstellbar nach dem Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13.
Verwendung des Formteils nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 25 als Innenverkleidung im Fahrzeugbau, z. B. Türseitenteile, Dachhimmel, Armaturenbretter oder Instrumententafeln.