DE112013005933B4

DE112013005933B4 - Faserförmiges Polstermaterial mit guter Kompressionswiderstandsfähigkeit und Luftduchlässigkeit, welches Poly(1,4-Cyclohexan-Dimethylen-Terephthalat)-Hohlfasern enthält

Info

Publication number: DE112013005933B4
Application number: DE112013005933.9T
Authority: DE
Inventors: Dae Young Lim; Ki Young Kim; Won Young JEONG; Hyo Jin An
Original assignee: Korea Institute of Industrial Technology KITECH
Current assignee: Korea Institute of Industrial Technology KITECH
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2013-09-10
Publication date: 2023-06-07
Anticipated expiration: 2033-09-11
Also published as: KR20140076004A; KR101446621B1; JP2016505725A; JP6151796B2; WO2014092303A1; DE112013005933T5

Abstract

Faserförmiges Polstermaterial, welches Poly(1,4-Cyclohexan-Dimethylen-Terephthalat)-Hohlfasern (PCT-Hohlfasern) mit einer Schmelztemperatur von 280°C bis 290°C aufweist, wobei das faserförmige Polstermaterial eine Luftdurchlässigkeit von mindestens 180 cm3/cm2/s und einen Druckverformungsrest von höchstens 30,9%, ermittelt gemäß dem KS M 6672-Verfahren, aufweist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein faserförmiges Polstermaterial, welches Poly(1,4-Cyclohexan-Dimethylen-Terephthalat)-Hohlfasern (nachfolgend: „PCT-Hohlfasern“) enthält, insbesondere ein faserförmiges Polstermaterial, welches von PCT-Hohlfasern gebildet ist, welche derart ausgestaltet sind, um ihm inhärente Materialeigenschaften und ein geringes Gewicht zu verleihen, oder auch ein faserförmiges Polstermaterial, welches von PCT-Hohlfasern mit einer Schmelztemperatur von 280°C bis 290°C gebildet ist, welche mittels Binderfasern mit einer geringeren Schmelztemperatur als jene der PCT-Hohlfasern miteinander gebunden sind.
Stand der Technik
Die Leichtbauweise von Automobilen stellt einen immer wichtiger werdenden Faktor bei der Lösung von Problemen dar, welche mit schwindenden Erdölressourcen und dem zunehmenden Produktwettbewerb zu tun haben. So ist es in der Automobilbranche bekannt, dass eine Zunahme leichtgewichtiger Materialien von 10% eine Steigerung der Kraftstoffeffizienz zwischen ungefähr 5% und 10% bewirkt.
Dementsprechend steigt das Interesse an neuartigen technischen Kunststoffen in den betreffenden Branchen, um eine möglichst umfassende Leichtbauweise der Fahrzeuge zu erzielen.
Unter technischen Kunststoffen versteht man Kunststoffmaterialien, welche aus einer Kombination eines synthetischen Harzes bzw. eines Kunstharzes mit einem Füllstoff, wie z.B. Glasfasern etc., gebildet sind, wie sie weitläufig in verschiedenen industriellen Anwendungen eingesetzt werden, wie etwa bei Automobilteilen, mechanische Teilen, elektrischen bzw. elektronischen Teilen etc., und verbesserte mechanische Eigenschaften, wie etwa thermische Eigenschaften, Festigkeit, Abriebfestigkeit etc., aufweisen, welche die größten Schwachstellen von Massenkunststoffen darstellen. Gegenüber Materialien aus Glas oder Metall bieten technische Kunststoffe darüber hinaus Vorteile in Bezug auf Designflexibilität, Formbarkeit/Verarbeitbarkeit etc., weshalb sie vorteilhafterweise in breiten Anwendungsbereichen zur Verfügung gestellt werden.
So wird beispielsweise als Material für Automobile Polyamid (PA) eingesetzt, um insbesondere den Anforderungen an eine leichte Bauweise nachzukommen. Polyamid stellt eines der beliebtesten konstruktiven Kunststoffmaterialien dar und wird daher auch als „Metallersatz-Kunststoff“ bezeichnet, da seine Festigkeit der eines Metalls mit gleichem Gewicht entspricht, wobei aber sein spezifisches Gewicht nicht mehr als 20% von jenem von Metall beträgt.
Darüber hinaus besitzt PA eine hohe Wärmeformbeständigkeit, eine mit Metallen vergleichbare Festigkeit sowie gute flammhemmende und Steifigkeitseigenschaften etc., weshalb es hauptsächlich für zur Einbettung dienende Rahmen bei Automobilteilen eingesetzt wird. So eignet sich PA beispielsweise zur Herstellung von ultraleichten und hochfesten Automobilteilen einschließlich Frontendträgern, Pedalgruppen, Bremspedalen und dergleichen.
Parallel hierzu stellt Polycarbonat (PC) den einzigen durchsichtigen technischen Kunststoff dar, welcher weitläufig als Ersatz für Glasmaterialien verwendet wird.
Andererseits werden an Automobilsitze immer höhere Qualitätsanforderungen gestellt, wobei sie ein gewisses Maß an Stoßelastizität, Schwingungseigenschaften, Dauerhaftigkeit etc. aufweisen müssen, um den Fahrkomfort des Sitzpolsters zu verbessern. Solche Sitzpolster weisen üblicherweise eine Kombination aus Metallfedern und einem Polstermaterial aus weichem Polyurethanschaum auf. Indes führt ein geringes Gewicht aufgrund der angestrebten Leichtbauweise von Automobilen zu einer erhöhten Treibstoffeffizienz und einer Verringerung der Kohlendioxid-Emissionen und wirkt sich daher auf den Energieverbrauch und den Umweltschutz aus.
Aufgrund jüngster Entwicklungen zur Kostensenkung und zur Leichtbauweise in der Automobilbranche neigt man dazu, Automobilsitze als „Vollschaumsitze“ auszugestalten, welche keine Metallfedern mehr vorsehen und bei welchen stattdessen die Federeigenschaften von dem Weichschaumaterial selbst herrühren.
Allerdings weisen Vollschaumsitze aufgrund der fehlenden Metallfedern eine erhöhte Dicke des Polyurethan-Weichschaumes auf. Der Polyurethan-Weichschaum wird im Herstellungsverfahren aus gesundheitsschädlichen Stoffen geformt und gibt flüchtige organische Verbindungen ab, welche für den menschlichen Körper toxisch sind, wenn derartige Materialien im Innenbereich von Autos eingesetzt werden.
Zudem stehen Polstermaterialien aus Polyurethan, wie sie gegenwärtig für den Innenbereich von Automobilen eingesetzt werden, in einem schlechten Ruf aufgrund ihrer unzureichenden Luftdurchlässigkeit, ihrem ungenügenden Schweißaufnahmevermögen, ihrem schlechtem Komfort und ihrer mangelnden Rezyklierbarkeit. Dies hat zu einer Entwicklung von zu derartigen Polyurethan-Polstermaterialen alternativen Materialien geführt.
Folglich gab es zahlreiche Bestrebungen in der Automobilbranche, das Polyurethan-Polstermaterial durch Polstermaterial aus Polyesterfasern zu ersetzen.
Polyesterfasern, welche aus Polymeren unter Verwendung von aromatischen Verbindungen als bifunktionelle Alkoholmonomere und organischen Säuremonomeren gebildet sind, werden als „aromatische Polyesterfasern“ bezeichnet. Aromatische Polyesterfasern haben großen Nutzen in der Herstellung von hochfesten und hochelastischen Fasern aufgrund ihres Vorteils, dass sich die Molekülketten während der Faserbildung leicht entlang der Faserrichtung anordnen lassen. Darüber hinaus weisen aromatische Polyesterfasern eine hervorragende Hitzebeständigkeit, Verarbeitbarkeit und mechanische Eigenschaften auf.
Als Vertreter von Polyesterfasern werden insbesondere Polyethylenterephthalate (PET) als technische Kunststoffe durch die Reaktion von Dimethylterephthalat (DMT) oder Terephthalsäure (TA) mit Ethylenglykol (EG) erzeugt, welche hervorragende physikalische und mechanische Eigenschaften aufweisen. Daher stellt PET das beliebteste Polymer für Fasern, Folien oder verschiedene andere industrielle Anwendungen dar.
PET selbst erfüllt jedoch nur bedingt die zahlreichen Anforderungen an ein hochfunktionelles Material. Aus diesem Grund wurden viele Studien durchgeführt, um Polymere mit besserer Qualität als PET hinsichtlich Glasübergangstemperatur, Schmelztemperatur, morphologischer Stabilität und mechanischer Eigenschaften zu entwickeln, indem der Benzolring des PETs durch einen Naphthalinring ersetzt wird, oder indem ein Dialkohol bzw. Diol als dritte Komponente hinzugefügt wird.
Mit anderen Worten ist es somit möglich, eine Vielzahl von Polyestermaterialien zu entwickeln, indem bei der Reaktion des bifunktionellen Alkohols mit der organischen Säure, wie sie als Monomere eingesetzt werden, die Reaktionspartner oder deren Restgruppen variiert werden.
Die US 5 348 699 A beschreibt eine mittels 1,4-Cyclohexan-Dimethanol modifizierte PET-Faser, welche als Copolymerfaser eine verbesserte chemische Beständigkeit, Abriebfestigkeit, Elastizität und mechanische Festigkeit besitzt.
Die JP H07- 54 253 A beschreibt Polyesterfasern für Polstermaterialien, welche durch Binden von Poly(1,4-Cyclohexan-Dimethylen-Terephthalat)-Fasern an Copolyester-Fasern erhalten worden sind, wobei die Poly(1,4-Cyclohexan-Dimethylen-Terephthalat)-Fasern einen hohlen Querschnitt besitzen. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Schmelztemperatur von Binderfasern geringer ist als jene der Poly(1,4-Cyclohexan-Dimethylen-Terephthalat)-Fasern, welche insbesondere eine Schmelztemperatur zwischen 290°C und 310°C aufweisen. Ferner ist aus der WO 2005/ 001 187 A1 ein Vliesstoff bekannt, welcher neben einer Vielzahl an weiteren Fasern unter anderem Poly(1,4-Cyclohexan-Dimethylen-Terephthalat)-Fasern enthalten kann, welche einen beliebigen Querschnitt einschließlich eines hohlen Querschnittes besitzen können.
Demnach war es ein Anliegen der Erfinder der vorliegenden Erfindung, ein Material zu erhalten, um die herkömmlichen Polyurethan-Polstermaterialien zu ersetzen und gleichzeitig den Anforderungen an Polstermaterialien zu genügen, wobei Fasern für Polstermaterialien vorgeschlagen werden, welche von PCT-Hohlfasern gebildet sind, die durch einen Veränderung der Restgruppen der Reaktionspartner der Polyesterfasern erhalten werden können, um die inhärenten Eigenschaften des PCT-Materials aufrechtzuerhalten und der geforderten Leichtbauweise zu genügen.
Offenbarung der Erfindung
Technisches Problem
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein neuartiges faserförmiges Polstermaterial vorzuschlagen, welches PCT-Hohlfasern aufweist.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein faserförmiges Polstermaterial vorzuschlagen, welches PCT-Hohlfasern aufweist, welche mittels Binderfasern mit einer relativ niedrigen Schmelztemperatur miteinander gebunden sind.
Technische Lösung
Um die vorgenannten Ziele zu erreichen, wird gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein faserförmiges Polstermaterial vorgeschlagen, welches Poly(1,4-Cyclohexan-Dimethylen-Terephthalat-Hohlfasern (PCT-Hohlfasern) mit einer Schmelztemperatur von 280°C bis 290°C aufweist, wobei das faserförmige Polstermaterial eine Luftdurchlässigkeit von mindestens 180 cm³/cm²/s und einen Druckverformungsrest von höchstens 30,9%, ermittelt gemäß dem KS M 6672-Verfahren, aufweist.
Dabei besitzen die PCT-Hohlfasern vorzugsweise eine Hohlheit bzw. ein Hohlraumvolumen von 10% bis 35% und eine Faserfeinheit von 2 Denier bis 15 Denier.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein faserförmiges Polstermaterial vorgeschlagen, welches 80 Mass.-% bis 60 Mass.-% PCT-Hohlfasern mit einer Schmelztemperatur von 280°C bis 290°C sowie 40 Mass.-% bis 20 Mass.-% Binderfasern mit einer im Vergleich zu den PCT-Hohlfasern geringeren Schmelztemperatur aufweist, welche gebunden und verflochten sind, wobei das faserförmige Polstermaterial eine Luftdurchlässigkeit von mindestens 180 cm³/cm²/s und einen Druckverformungsrest von höchstens 30,9%, ermittelt gemäß dem KS M 6672-Verfahren, aufweist.
Das faserförmige Polstermaterial gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist bevorzugt eine Kompressionswiderstandsfähigkeit von mindestens 70% auf.
Bei dem faserförmigen Polstermaterial gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die PCT-Hohlfasern vorzugsweise eine Hohlheit bzw. ein Hohlraumvolumen von 10% bis 35% und einer Faserfeinheit von 2 Denier bis 15 Denier auf.
Ferner weisen die Binderfasern bei dem faserförmigen Polstermaterial gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorzugsweise Materialien mit einer gegenüber den PCT-Hohlfasern mit einer Schmelztemperatur von 280°C bis 290°C geringen Schmelztemperatur auf, wobei vorzugsweise eine Schmelztemperaturdifferenz von mindestens 20°C im Vergleich zu den PCT-Hohlfasern vorgesehen ist. Aufgrund der Schmelztemperaturdifferenz der beiden Materialien vermag das faserförmige Polstermaterial ausschließlich mittels eines thermischen Bindeverfahren bzw. mittels eines Thermobondverfahren oder in Kombination mit einem Vernadelungsverfahren bzw. einem Needle-Punch-Verfahren gebunden zu sein.
Die Binderfasern können vorzugsweise aus der Gruppe der niedrigschmelzenden Polyethylenterephthalaten (LM-PET), der schnellschmelzenden Polyethylenterephthalaten (RM-PET) und der Zweikomponentenfasern aus Polypropylen/Polyethylen (PP/PE) ausgewählt sein.
Weitere Beispiele für vorteilhafte Binderfasern stellen Polymilchsäure- bzw. Polylactidfasern (PLA-Fasern) oder aliphatische Polyesterfasern dar.
Weitere Beispiele für vorteilhafte Binderfasern stellen Zweikomponentenfasern dar, welche aus der Gruppe PCT/PBT, PCT/Co-PCT und PCT/PP mit einer PCT-basierte Hauptkomponente und beliebigen Fasermaterialien aus der Gruppe der PBT-Fasern, der co-PCT-Fasern und der PP-Fasern gewählt sind.
Bei dem faserförmigem Polstermaterial gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Binderfasern grundsätzlich als Nicht-Hohlfasern oder als Hohlfasern ausgestaltet sein. Aufgrund der Tendenz zu einer Leichtbauweise sind die Binderfasern vorzugsweise von Hohlfasern mit einer Hohlheit bzw. einem Hohlraumvolumen von 10% bis 35% und einer Faserfeinheit von 2 Denier bis 15 Denier gebildet.
Vorteilhafte Wirkungen
Das erfindungsgemäße faserförmige Polstermaterial mit PCT-Hohlfasern besitzt nicht nur die ausgezeichneten Eigenschaften des PCT-Materials, wie Hitzebeständigkeit, chemische Beständigkeit, Elastizität und gute Bulkeigenschaften bzw. Bauschigkeit, sondern auch ein leichtes Gewicht aufgrund der strukturellen Eigenschaften der Hohlheit.
Die Erfindung stellt ferner ein faserförmiges Polstermaterial mit PCT-Hohlfasern als Hauptgerüst und mit Binderfasern mit einer relativ niedrigen Schmelztemperatur zur Verfügung, um die PCT-Hohlfasern miteinander zu verbinden. Hierdurch werden die Eigenschaften des PCT-Materials, wie Hitzebeständigkeit, chemische Beständigkeit, Elastizität und Bauschigkeit gewährleistet und wird aufgrund der strukturellen Eigenschaften der Hohlheit ferner die Leichtgewichtigkeit erhöht und die Polsterfunktion verbessert, so dass die üblichen Polstermaterialien aus Polyurethan ersetzt werden können.
Das faserförmige Polstermaterial gemäß der vorliegenden Erfindung kann insbesondere zur Schalldämmung oder als Polstermaterial für Autos genutzt werden, da aufgrund der strukturellen Eigenschaften der Hohlfasern Schwingungsgeräusche das Material nicht durchdringen können und das Material die Anforderungen diesbezüglich auch anderweitig erfüllt, wie beispielsweise durch eine Kompressionswiderstandsfähigkeit von mindestens 70% und eine Luftdurchlässigkeit von mindestens 180 cm³/cm²/s.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend ist die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Einzelnen erläutert.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein faserförmiges Polstermaterial vorgesehen, welches PCT-Hohlfasern aufweist.
Polyesterfasern werden im Allgemeinen durch eine Reaktion zwischen Monomeren, d.h. beispielsweise zwischen bifunktionellen Alkoholen und organischen Säuren, hergestellt. Die Restgruppen der Reaktionspartner können verändert werden, um unterschiedliche Zielmaterialien zu erhalten.
Die Erfindung macht von Poly(1,4-Cyclohexan-Dimethylen-Terephthalat) (PCT) Gebrauch, welches durch die nachfolgend wiedergegebene chemische Formel veranschaulicht ist und durch Reaktion von 1,4-Cyclohexan-Dimethanol (CHDM) als bifunktionellem Alkohol mit Dimethylterephthalat (DMT) oder Terephthalsäure (TA) als organischer Säure gewonnen werden kann.
Aufgrund der zyklischen Struktur erhält die Faser aus PCT gegenüber üblichem PET-Material verbesserte Eigenschaften hinsichtlich Hitzebeständigkeit, chemischer Beständigkeit, Elastizität und Bauschigkeit. Während eine Faserbahn aus üblichem PET-Material ein spezifisches Gewicht von 1,38 besitzt, weist eine Faserbahn aus dem erfindungsgemäßen PCT-Material insbesondere ein spezifisches Gewicht von 1,28 auf, wodurch die Bauschigkeit um mindestens 10% verbessert wird. Ferner beträgt die Schmelztemperatur einer Faserbahn aus üblichem PET-Material 235°C, während die Schmelztemperatur einer Faserbahn aus dem erfindungsgemäßen PCT-Material 280°C bis 290°C beträgt, um somit für eine hohe thermische Beständigkeit zu sorgen.
Mit anderen Worten besitzt das erfindungsgemäße PCT-Material aufgrund seiner zyklischen strukturellen Eigenschaften gegenüber herkömmlichen PET-Materialien eine geringere Dichte, welche ebenfalls zu guten Bulkeigenschaften bzw. einer guten Bauschigkeit, einer hohen Schmelztemperatur und zu einer guten chemischen Beständigkeit beiträgt. Dementsprechend weist das erfindungsgemäße faserförmige Polstermaterial verbesserte Materialeigenschaften auf und genügt den Anforderungen an die Leichtbauweise, so dass es die Anforderungen an ein Polstermaterial im Automobilinnenraum erfüllt.
Darüber hinaus vermag die vorliegende Erfindung die Leichtgewichtigkeit der PCT-Hohlfasern durch die strukturellen Eigenschaften ihrer hohlen Ausgestaltung zu optimieren.
In diesem Zusammenhang weisen die PCT-Hohlfasern vorzugsweise eine Hohlheit von 10% bis 35% und eine Faserfeinheit von 2 Denier bis 15 Denier auf.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein faserförmiges Polstermaterial mit einem Anteil von 80 Mass.-% bis 60 Mass.-% PCT-Hohlfasern mit einer Schmelztemperatur von 280°C bis 290°C und einem Anteil von 40 Mass.-% bis 20 Mass.-% an Binderfasern mit einer gegenüber den PCT-Hohlfasern niedrigeren Schmelztemperatur vorgesehen, um die PCT-Hohlfasern miteinander zu binden.
Ist der Anteil an PCT-Hohlfasern in diesem Zusammenhang geringer als 60 Mass.-%, so weist das faserförmige Polstermaterial einen Überschuss an Binderfasern im Vergleich zu den PCT-Hohlfasern auf und wird folglich steif, so dass es aufgrund der reduzierten Hohlheit infolge des geringeren Anteils an PCT-Hohlfasern verschlechterte schalldämmende Eigenschaften besitzt. Übersteigt hingegen der Anteil an PCT-Hohlfasern einen Wert von 80 Mass.-%, so ist die Bindungswirkung der Binderfasern beeinträchtigt, so dass die Festigkeit und Zähigkeit des faserförmigen Polstermaterials geschwächt und daher der Einsatzspielraum des faserförmigen Polstermaterials stark eingeengt wird.
Es ist daher erforderlich, dass die als eine Art Garn eingesetzten PCT-Hohlfasern im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine hohe Festigkeit und ein großes Hohlraumvolumen besitzen. Vorzugsweise weisen die PCT-Hohlfasern dabei eine Faserfeinheit von 2 Denier bis 20 Denier und eine Hohlheit von 10% bis 30% auf.
Gemäß der vorliegenden Erfindung lassen sich die PCT-Hohlfasern mit den erforderlichen Eigenschaften folglich durch einen minimalen Anteil an Binderfasern binden, um einen Vliesstoff aus PCT-Hohlfasern zu bilden und dabei die inhärenten Eigenschaften der PCT-Hohlfasern aufrechtzuerhalten.
Die erfindungsgemäßen Binderfasern weisen vorzugsweise ein Material mit einer gegenüber der Schmelztemperatur der PCT-Hohlfasern von 280°C bis 290°C niedrigeren Schmelztemperatur auf. Die Schmelztemperaturdifferenz der Binderfasern im Vergleich zu den PCT-Hohlfasern kann dabei mindestens 20°C, vorzugsweise 20°C bis 100°C, betragen. Ist die Schmelztemperaturdifferenz geringer als 20°C, so geht der Unterschied zwischen hoher und niedriger Schmelztemperatur praktisch gegen null und ist derart gering, dass die Binderfasern ihrer Funktion nicht mehr nachkommen können.
Aufgrund der Schmelztemperaturdifferenz der beiden Materialien können die Fasern entweder ausschließlich durch ein thermisches Bindeverfahren bzw. ein Thermobondverfahren oder auch in Kombination mit einem Vernadelungsverfahren bzw. einem Needle-Punch-Verfahren miteinander gebunden werden. Mit anderen Worten werden im Herstellungsprozess des Vliesstoffes die Oberflächen der Binderfasern mit der geringeren Schmelztemperatur zuerst geschmolzen und verbinden dadurch die PCT-Hohlfasern mit den Binderfasern.
Die erfindungsgemäßen Binderfasern sind vorzugsweise aus der Gruppe der niedrigschmelzenden Polyethylenterephthalate (LM-PET), der Zweikomponentenfasern aus Polypropylen/Polyethylen (PP/PE) und der schnellschmelzenden Polyethylenterephthalate (RM-PET) ausgewählt.
Im Falle des Einsatzes von LM-PET als Binderfasern bilden die PCT-Hohlfasern ein Gerüst und dient das LM-PET als Bindemittel, welches bei einer Temperatur von mindestens 100°C oder höher zuerst schmilzt.
Im Falle des Einsatzes von Zweikomponentenfasern aus Polypropylen/Polyethylen (PP/PE) als Binderfasern weisen die Zweikomponentenfasern hingegen einen modifizierten Querschnitt auf, welcher aus der Gruppe der Ausgestaltungen von „Seite-zu-Seite“ („side-by-side“), „Mantel-Kern“ („sheath/core“)und „Insel-im-See“ („islands-in-sea“) gewählt sein kann.
Sofern in diesem Zusammenhang als Binderfasern Zweikomponentenfasern aus Polypropylen/Polyethylen (PP/PE) mit modifiziertem Querschnitt eingesetzt werden, so ist dieser derart ausgestaltet, dass derjenige Bestandteil des modifizierten Querschnittes, welcher mit den PCT-Hohlfasern in Kontakt steht, bei einer Temperatur von mindestens 160°C oder höher zuerst schmilzt, um die Fasern miteinander zu binden.
Ein weiteres Beispiel für Binderfasern mit niedrigen Schmelztemperaturen, wie sie gemäß der vorliegenden Erfindung zum Einsatz gelangen können, stellen Polymilchsäure- bzw. Polylactidfasern (PLA-Fasern) oder aliphatische Polyesterfasern dar.
Weitere Beispiele für Binderfasern, wie sie gemäß der vorliegenden Erfindung zum Einsatz gelangen können, stellen Zweikomponentenfasern dar, welche aus der Gruppe PCT/PBT, PCT/Co-PCT und PCT/PP mit einer PCT-basierte Hauptkomponente und beliebigen Fasermaterialien aus der Gruppe der PBT-Fasern, der Co-PCT-Fasern und der PP-Fasern gewählt sind. Beispiele für Co-PCT stellen Materialien aus der Gruppe der Copolymeren aus PCT und PET, der Copolymeren aus PCT und PBT und der Copolymeren aus PBT und PET dar.
Die Binderfasern können als Nicht-Hohlfasern oder als Hohlfasern ausgestaltet sein. Hinsichtlich des Trends zur Leichtbauweise sind die Binderfasern indes vorzugsweise als Hohlfasern ausgestaltet und weisen eine Hohlheit von 10% bis 35% und eine Faserfeinheit von 2 Denier bis 15 Denier auf, wobei sie vorteilhafterweise eine Faserlänge von mindestens 20 mm besitzen.
Das faserförmige Polstermaterial gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzt aufgrund der einzigartigen Eigenschaften der Hohlfasern zusätzlich zu den schalldämmenden Eigenschaften eine Kompressionswiderstandsfähigkeit von mindestens 70% und eine Luftdurchlässigkeit von mindestens 180 cm³/cm²/s, wodurch es sich als Material für den Automobilinnenbereich eignet. Somit ist es möglich, herkömmliche Schäume auf der Basis von Polyurethanen durch das erfindungsgemäße faserförmige Polstermaterial im Automobilinnenbereich zu ersetzen, beispielsweise als Polstermaterial oder schalldämmendes Material.
Das Faserpolstermaterial gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann in der folgenden Weise hergestellt werden:

1) Kardieren von 80 Mass.-% bis 60 Mass.-% an PCT-Hohlfasern mit einer Schmelztemperatur von 280°C bis 290°C und 40 Mass.-% bis 20 Mass.-% an Binderfasern mit einer gegenüber den PCT-Hohlfasern geringeren Schmelztemperatur, um Faserflore bzw. -bahnen zu bilden;
2) Laminieren der Faserflore bzw. -bahnen zur Gewichtskontrolle; und
3) Verbinden der Faserflore bzw. -bahnen miteinander, lediglich mittels eines thermischen Bindeverfahren oder in Kombination mit einem Vernadelungsverfahren.

Bei dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren sind die im Schritt 1) verwendeten PCT-Hohlfasern und Binderfasern entsprechend den obigen Ausführungen ausgestaltet und bedürfen daher nicht einer nochmaligen Erläuterung; das Laminierungsverfahren gemäß Schritt 2) kann durch dem Fachmann bereits bekannte Methoden durchgeführt werden.
Um den Schritt 3) des obigen Herstellungsverfahrens näher zu erläutern, wird das Verbindungsverfahren zwischen den PCT-Hohlfasern mit einer Schmelztemperatur von 280°C bis 290°C und den Binderfasern mit einer im Vergleich zu den PCT-Hohlfasern niedrigeren Schmelztemperatur optimiert. Das Verfahren führt zu einer wirksamen Kombination der Hohlfasern unter Verwendung eines minimalen Anteils an Binderfasern, um ein faserförmiges Polstermaterial zu erhalten, bei welchem die inhärenten Eigenschaften des Materials und die Hohlraumeigenschaften aufrechterhalten werden.
Gemäß dem Schritt 3) sieht das thermische Bindeverfahren vor, die Oberflächen der Binderfasern, welche eine geringere Schmelztemperatur als die Schmelztemperatur der PCT-Hohlfasern von 280°C bis 290°C besitzen, zuerst zu schmelzen, um die ausgerichteten Faserflore bzw. Faserbahnen mit den PCT-Hohlfasern zu verbinden. Zu diesem Zweck kann der thermische Bindungsvorgang bei der Schmelztemperatur oder bei der Erweichungstemperatur der Binderfasern oder bei höheren Temperaturen, vorzugsweise in einem Temperaturbereich zwischen 100°C und 210°C, durchgeführt werden. Bei einer thermischen Bindungstemperatur von weniger als 100°C wird die zum Schmelzen der Fasern benötigte Zeit länger und beeinträchtigt dadurch die Produktivität. Ist die thermische Bindungstemperatur größer als 210°C, so werden die Oberflächen der miteinander zu verbindenden Flächen der PCT-Hohlfasern infolge des schnellen Schmelz- und Bindeprozesses rau und uneben, wodurch gegebenenfalls auch die Hohlheit der PCT-Hohlfasern beeinträchtigt werden kann.
Das thermische Bindeverfahren kann von einem Schweißverfahren Gebrauch machen, bei welchem es sich um ein Doppelband-Pressverfahren, Heißluft-Schweißverfahren, Infrarot-Schweißverfahren oder Ultraschall-Schweißverfahren handeln kann.
Höchst vorzugsweise kann das erfindungsgemäße Verbindungsverfahren gemäß dem obigen Schritt 3) von einer Kombination eines Vernadelungsverfahrens bzw. eines Needle-Punch-Verfahrens mit einem thermischen Bindeverfahren bzw. einem Thermobondverfahren Gebrauch machen, wobei das thermische Bindeverfahren im Anschluss an das Vernadelungsverfahren durchgeführt wird. Das Vernadelungsverfahren kann gemäß dem Stand der Technik durchgeführt werden.
Im Einzelnen kann eine vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorsehen, dass die ausgerichteten Faserflore bzw. -bahnen zuerst mittels eines Vernadelungsverfahrens vernadelt und anschließend mittels einer Doppelbandpresse verschweißt werden; oder auf ein Vernadelungsverfahren, um die ausgerichteten Faserflore bzw. -bahnen zunächst zu vernadeln, folgt das Verbinden derselben miteinander mittels Heißluft-Schweißen.
Das Heißluft-Schweißverfahren kann dabei bei mindestens 100°C oder mehr durchgeführt werden, so dass die Binderfasern schmelzen. Die Temperatur des Heißluft-Schweißverfahrens kann in Abhängigkeit von Typ und Form der gewählten Binderfasern variieren. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Heißluft-Schweißverfahren bei 200°C durchgeführt. Dem Fachmann ist dabei offensichtlich, dass die Temperatur des Heißluft-Schweißverfahrens in Abhängigkeit der Schmelztemperatur der Binderfasern verändert werden kann, und dass sich der optimale Temperaturbereich nach der Produktivität, nach der Oberfläche des vliesförmigen Endproduktes der Hohlfasern und nach den zur Aufrechterhaltung der Eigenschaften der Hohlfasern in dem vliesförmigen Endprodukt erforderlichen Bedingungen richtet.
Ausführungsbeispiele
Nachfolgend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Einzelnen beschrieben.
Die Ausführungsbeispiele dienen dabei lediglich zur besseren Veranschaulichung der Erfindung und schränken den Schutzbereich der Erfindung nicht ein.
Beispiel 1:
Poly(1,4-Cyclohexan-Dimethylen-Terephthalat)-Hohlfasern (PCT-Hohlfasern) mit einer Faserfeinheit von 7 Denier, einer Faserlänge von 64 mm, einer Hohlheit von 30% und einer Schmelztemperatur von 290°C sowie PCT/Co-PCT-Fasern mit einer Faserfeinheit von 4 Denier und einer Faserlänge von 64 mm werden in einem Massen- bzw. Gewichtsverhältnis von 8:2 kardiert und auf einem Netz zu Faserfloren bzw. -bahnen ausgerichtet. Die Faserflore bzw. -bahnen werden laminiert und anschließend dem thermischen Bindeverfahren mittels einer Doppelbandpresse mit einer Ober- und Untertemperatur von 200°C und einer Bandgeschwindigkeit von 1,0 m/min unterzogen, um ein heißversiegeltes bzw. -verschweißtes faserförmiges Polstermaterial zu erzeugen. Das aus dem faserförmigen Polstermaterial gebildete Polstermaterial besitzt ein Gewicht von 310 g/m² und eine Dicke von 10,2 mm.
Beispiel 2:
Um ein faserförmiges Polstermaterial zu erzeugen, werden die Verfahren in der gleichen Weise wie im obigen Beispiel 1 durchgeführt mit dem Unterschied, dass anstelle der Binderfasern gemäß Beispiel 1 PCT/co-PCT-Hohlfasern mit einer Faserfeinheit von 4 Denier, einer Faserlänge von 64 mm und einer Hohlheit von 10% eingesetzt werden.
Beispiel 3:
Um ein faserförmiges Polstermaterial zu erzeugen, werden die Verfahren in der gleichen Weise wie im obigen Beispiel 1 durchgeführt mit dem Unterschied, dass anstelle der Binderfasern gemäß Beispiel 1 niedrigschmelzende Polyethylenterephthalat-Hohlfasern (LM-PET-Hohlfasern) mit einer Faserfeinheit von 4 Denier, einer Faserlänge von 64 mm und einer Hohlheit von 10% eingesetzt werden.
Beispiel 4:
Um ein faserförmiges Polstermaterial zu erzeugen, werden die Verfahren in der gleichen Weise wie im obigen Beispiel 1 durchgeführt mit dem Unterschied, dass anstelle der Binderfasern gemäß Beispiel 1 PCT/PBT-Fasern (Poly(1,4-Cyclohexan-Dimethylen-Terephthalat)/Polybutylenterephthalat) mit einem „Mantel/Kern“-förmigen Querschnitt und einer Schmelztemperatur von 225°C eingesetzt werden.
Vergleichsbeispiel 1:
Die Verfahren werden wie im obigen Beispiel 1 durchgeführt mit dem Unterschied, dass Polyethylenterephthalat-Hohlfasern (PET) (hergestellt von Woongjin Chemical Co., Ltd.) mit einer Faserfeinheit von 7 Denier, einer Faserlänge von 64 mm und einer Hohlheit von 34% sowie PLA-Hohlfasern (hergestellt von Huvis Corp.) mit einer Faserfeinheit von 6 Denier, einer Faserlänge von 64 mm und einer Hohlheit von 10% mit einem Gewichtsverhältnis von 8:2 kardiert und auf einem Netz zu Faserfloren bzw. -bahnen ausgerichtet werden.
Experimentelles Beispiel 1 - Ermittlung der Eigenschaften:
Jedes Polsterelement, welches entsprechend der Beispiele 1 bis 4 erzeugt worden ist, wird in Bezug auf Festigkeit, Druckverformungsrest (CS) bzw. bleibende Verformung, Luftdurchlässigkeit und Kompressionswiderstandsfähigkeit geprüft, um die entsprechenden Werte für die Polsterelemente zu erhalten.

In diesem Zusammenhang wird die Festigkeit als die Last ermittelt, welche erforderlich ist, um den Vliesstoff auf 70% seiner ursprünglichen Dicke zu komprimieren. Der Druckverformungsrest (CS) bzw. die bleibende Verformung wird gemäß dem KS M 6672-Verfahren ermittelt, indem eine Probe des Vliesstoffes mittels einer Kompressionskraft auf 50% ihrer ursprünglichen Dicke bei einer Temperatur von 70°C 22 Stunden lang komprimiert und anschließend entspannt wird, um bei Raumtemperatur 30 Minuten lang zu regenerieren und danach den Druckverformungsrest bzw. die bleibende Verformung aus der zurückgebliebenen, dauerhaften Verformung des Vliesstoffes zu ermitteln. Die Luftdurchlässigkeit wird bei einem Druck von 125 Pa gemäß dem Frazier-Verfahren ermittelt. Die Kompressionswiderstandsfähigkeit wird als Anteil der Erholung ermittelt, nachdem mittels einer Messvorrichtung (Kawabata Evaluation System-FB3) eine Kompressionskraft von 50 gf/cm² auf eine Probe des Vliesstoffes aufgebracht worden ist. Tabelle 1:

Div.	Vergleichsbeispiel	Beispiel
Div.	1	1	2	3	4
Gewicht (g/m²)	312,3	302,5	297,5	301,2	305,7
Dicke (mm)	10,96	10,3	10, 7	10, 5	10,5
Härte (N)	49,53	32,8	30, 6	33,4	3 2, 6
Druckverformungsrest (%)	10,9	29, 6	28, 5	30,9	29,8
Luftdurchlässigkeit (cm³/ cm²/sec)	169, 4	215,1	223,6	221,2	214,.6
Kompressionswiderstand (%)	70,06	78, 6	79,2	76, 3	78, 7

Aus den Ergebnissen der obigen Tabelle 1 geht hervor, dass die erfindungsgemäßen PCT-Faserflore- bzw. -bahnen, welche entsprechend der obigen Beispiele 1 bis 4 hergestellt worden sind, als faserförmige Polstermaterialien sämtliche, für Polstermaterialien erforderlichen Eigenschaften verbessern.
Ein Vergleich des Vergleichsbeispiels 1 mit den Beispielen 1 bis 4, welche in derselben Weise hergestellt worden sind, ergibt, dass die Beispiele mit PCT-Hohlfasern als Polstermaterialien geeignet sind und ein geringes Gewicht, eine geringe Härte, einen geringen Druckverformungsrest und eine hohe Kompressionswiderstandsfähigkeit aufweisen, so dass hiermit geringe dauerhafte Verformungen unter Bedingungen bei hoher Temperatur sowie hohem und längerfristigem Kompressionsdruck einhergehen wie auch eine gute spontane Widerstandsfähigkeit und eine weiche Polsterqualität.
Angesichts der vorstehend aufgeführten experimentellen Ergebnisse weist das faserförmige Polstermaterial gemäß der vorliegenden Erfindung eine Kompressionswiderstandsfähigkeit von mindestens 70% und eine Luftdurchlässigkeit von mindestens 180 cm³/cm²/s auf sowie schalldämmende Eigenschaften infolge der einzigartigen strukturellen Eigenschaften der Hohlfasern, so dass es sich folglich als für den Automobilinnenbereich nützliches Material erweist.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Wie vorstehend erläutert, stellt die vorliegende Erfindung ein faserförmiges Polstermaterial aus PCT-Hohlfasern zur Verfügung, bei welchem die inhärenten Eigenschaften des PCT-Materials aufrechterhalten werden, welche insbesondere in einer im Vergleich mit PET-Materialien exzellenten Wärmebeständigkeit, chemischen Beständigkeit, Elastizität und Bauschigkeit bestehen, wobei das faserförmige Polstermaterial die Anforderungen an eine Leichtbauweise erfüllt.
Insbesondere stellt die Erfindung eine weitere Ausführungsform des faserförmigen Polstermaterials zur Verfügung, bei welchem die PCT-Hohlfasern eine Schmelztemperatur von 280°C bis 290°C aufweisen und mittels Binderfasern mit einer gegenüber den PCT-Fasern niedrigeren Schmelztemperatur miteinander verbunden sind, wodurch sich die Eigenschaften verbessern lassen, indem die PCT-Hohlfasern ohne Beeinträchtigung ihrer inhärenten Eigenschaften miteinander verbunden sind.
Das faserförmige Polstermaterial gemäß der vorliegenden Erfindung eignet sich ferner als Material für den Automobilinnenbereich, da es nicht nur eine Kompressionswiderstandsfähigkeit von mindestens 70% und eine Luftdurchlässigkeit von mindestens 180 cm³/cm²/s besitzt, sondern infolge der strukturellen Eigenschaften der Hohlfasern auch schalldämmende Eigenschaften aufweist. Mit derart guten Eigenschaften kann das erfindungsgemäße faserförmige Polstermaterial als Alternative zu herkömmlichen Polyurethan-Schaumstoffen im Automobilinnenbereich zum Einsatz gelangen, wie etwa als Polster- oder schallabsorbierendes Material.
Darüber hinaus erfüllt das faserförmige Polstermaterial gemäß der vorliegenden Erfindung die Anforderungen an eine Leichtbauweise und erhöht somit die Treibstoffeffizienz, reduziert die Emissionen von Kohlendioxid und trägt zur Energieersparnis bei.

Claims

Faserförmiges Polstermaterial, welches Poly(1,4-Cyclohexan-Dimethylen-Terephthalat)-Hohlfasern (PCT-Hohlfasern) mit einer Schmelztemperatur von 280°C bis 290°C aufweist, wobei das faserförmige Polstermaterial eine Luftdurchlässigkeit von mindestens 180 cm³/cm²/s und einen Druckverformungsrest von höchstens 30,9%, ermittelt gemäß dem KS M 6672-Verfahren, aufweist.
Faserförmiges Polstermaterial, welches 80 Mass.-% bis 60 Mass.-% PCT-Hohlfasern mit einer Schmelztemperatur von 280°C bis 290°C sowie 40 Mass.-% bis 20 Mass.-% Binderfasern mit einer im Vergleich zu den PCT-Hohlfasern geringeren Schmelztemperatur aufweist, welche gebunden und verflochten sind, wobei das faserförmige Polstermaterial eine Luftdurchlässigkeit von mindestens 180 cm³/cm²/s und einen Druckverformungsrest von höchstens 30,9%, ermittelt gemäß dem KS M 6672-Verfahren, aufweist.
Faserförmiges Polstermaterial nach Anspruch 1 oder 2, wobei das faserförmige Polstermaterial eine Kompressionswiderstandsfähigkeit von mindestens 70% aufweist.
Faserförmiges Polstermaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die PCT-Hohlfasern eine Hohlheit von 10% bis 35% und eine Faserfeinheit von 2 Denier bis 15 Denier aufweisen.
Faserförmiges Polstermaterial nach Anspruch 2, wobei das faserförmige Polstermaterial ausschließlich mittels eines thermischen Bindeverfahrens oder in Kombination mit einem Vernadelungsverfahren (Needle-Punch-Verfahren) gebunden ist.
Faserförmiges Polstermaterial nach Anspruch 2, wobei die Binderfasern eine Schmelztemperaturdifferenz von mindestens 20°C zur Schmelztemperatur der PCT-Hohlfasern aufweisen.
Faserförmiges Polstermaterial nach Anspruch 2, wobei die Binderfasern aus der Gruppe der niedrigschmelzenden Polyethylenterephthalate (LM-PET), der schnellschmelzenden Polyethylenterephthalate (RM-PET) und der Zweikomponentenfasern aus Polypropylen/Polyethylen (PP/PE) ausgewählt sind.
Faserförmiges Polstermaterial nach Anspruch 2, wobei die Binderfasern von Polylactidfasern (PLA-Fasern) oder aliphatischen Polyesterfasern gebildet sind.
Faserförmiges Polstermaterial nach Anspruch 2, wobei die Binderfasern von Zweikomponentenfasern gebildet sind, welche aus der Gruppe PCT/PBT, PCT/Co-PCT und PCT/PP mit einer PCT-basierten Hauptkomponente und einem beliebigen Fasermaterial aus der Gruppe der PBT-Fasern, der Co-PCT-Fasern und der PP-Fasern gewählt sind.
Faserförmiges Polstermaterial nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Binderfasern von Hohlfasern mit einer Hohlheit von 10% bis 35% und einer Faserfeinheit von 2 Denier bis 15 Denier gebildet sind.