DE1504302A1

DE1504302A1 - Mattenartiger Stoff zur Erzeugung von Formteilen

Info

Publication number: DE1504302A1
Application number: DE19631504302
Authority: DE
Inventors: Gluck Martin James
Original assignee: GLUCK MARTIN JAMES
Current assignee: GLUCK MARTIN JAMES
Priority date: 1963-12-06
Filing date: 1963-12-06
Publication date: 1969-04-03
Also published as: NL6401251A

Description

Formteilen. -Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen zusammengesetzten Stoff, der sich zur Ausformung von Tiefziehformen eignet, sowie auf ein Verfahren zur Bildung dieses Stoffes. Es ist bekannt, Stoffe aus harzimprägnierten Fasern für die Herstellung von Koffern, Möbeln, Konstruktions- und Bauteilen, Autoteilen usw. zu verwenden. Die Stoffe setzen sich aus einer sehr kompakten, faserigen Matte und einem Füllmaterial zusammen. Diese bekannten Stoffe müssen jedoch schon vor dem Einlegen in eine auszufüllende Form gestaltet und vorgeformt werden, um ein gutes Schließen der Form zu gewährleisten. Ein anderer bekannter Stoff enthält neutrale Stapelfaser, die durch eine entsprechende Nadelvorrichtung in einen zusammenhängenden Körper verarbeitet wird und dann mit einem klebrigen, filmbildenden oder plastizierenden Harz, wie z.B. Phenylformaldehyd stark imprägniert wird, so daß sich eine feste, sperrige Masse ohne Zwischenräume und Poren ergibt. Wenn derartige Stoffe in Tiefziehformen verarbeitet werden, zeigt sich, daß die steife kompakte Masse dazu neigt zu reißen und sich zu falten, insbesondere in den unebenen und abknickenden Teilen der Form. Stoffe, die mit einem Harz, wie z.B. Phenylformaldehyd imprägniert sind, lassen sich einerseits schlecht formen, da die Fasern in ihrer Bewegungsfreiheit gehemmt werden, und zum anderen ist es auch schwierig, sie vor dem Gebrauch sicher aufzubewahren. Sie neigen dazu, während der Aufbewahrung zu erhärten. Auch erfordern sie, ausgedehnte Trocknungsprozesse und in vielen Fällen haftet ihnen ein unangenehmer Geruch an.
Durch die vorliegende Erfindung wird ein bei Hitze formbarer Stoff geschaffen, der sich besonders zur Formung in Tiefziehformen eignet. Der Stoff kann angewandt werden, ohne daß ein vorformen, Gestalten oder Beschneiden vor der endgültigen Formung erforderlich ist und gleichwohl weist das Endprodukt eine glatte, faltenfreie Oberfläche auf sowie eine einheitliche Dicke.
weiter zeichnet sich der Stoff nach der vorliegenden Erfindung dadurch aus, daß er sich aufgrund der Bewegungsfreiheit der einzelnen Fasern zueinander leicht formen läßt. Ferner kann mit dem neuen Material ein festes Endprodukt geschaffen werden, das in den konturenreichen, abknickenden 'Feilen durch den Stoff besonders verstärkt ist. Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der Stoff eine unbegrenzte Stabilität aufweist. Aufgrund seiner Zusammensetzung ist er geruchlos und verhältnismäßig billig und leicht herzustellen.
Der Stoff nach der Erfindung weist eine Vielzahl von miteinander verflochtenen Fasern auf, die eine poröse, mechanisch verbundene, faserige Matte bilden. Die Fäsermatte wird vorzugsweise aus Jute hergestellt und durch Nadel- oder Rauhmaschinen in die gewünschte zusammenhängende poröse Matte verarbeitet. Auf die gesamte Matte verteilt, sind getrennte Partikelchen, die zweckmäßig eine Größe von 0.01 bis zu 0.55 Mikron aufweisen sollten und zwar aus nichtklebrigem, nicht-filmbildendem, nicht-plastizderendem, bei Hitze formbarem Harz, wie z.B. Polyvinylchloridharz, dessen Molekular-, gewicht in dem Bereich von.ungefähr 60.000 und 150.000 liegt.
Die Masse aus Fasern und Harz wird von Poren oder Zwischenräumen unterbrochen und zwar in einem Faser/Harz zu Poren-Verhältnis von 1 zu 3 bis zu 1 zu 32. Es ist zweckmäßig, wenn das Harz 50$ des Gewichtes der. Fasern einnimmt, jedoch kann es auch ein Gewicht von 2 bis 70;6 des Gesamtgewichtes von Harz und Fasern sein. Dieses Gewichtsverhältnis ist abhängig von dem Charakter der Faser, d.h. je sperriger die Faser ist, um so größer ist das Gewicht des Harzes. Der Stoff kann leicht vorgegebenen Konturen unter dem Einfluß von Hitze und Druck angepaßt werden, ohne daß ein Vorformen, Gestalten oder Beschneiden erforderlich ist. Das Formen kann bei einer Temperatur in dem Bereich von 80 bis 450o F. und unter einem Druck von 500 bis 3 000 P.S.I. ausgeführt werden: Die Temperatur und der Druck ist jeweils von den Eigenschaften des Harzes abhängig. Normalerweise ist kein weiteres Imprägnieren oder eine Oberflächenglättung nach dem Einformen erforderlich. Der Stoff paßt sich leicht der auszufüllenden Form an, ohne zu reißen oder abzubröckeln.,Das fertige Formstück weist eine einheitliche Dicke auf und die Konturenteile sind kompakter ausgefüllt als die ebenen, geraden Teile. Dieses ist normalerweise erforderlich, da die gebogenen, abknickenden Teile gewöhnlich die schwächsten Stellen sind und die meiste Verstärkung erfordern.
Ferner sind im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung neue Mittel entwickelt worden, die die Herstellung einer chemisch neutralen, faserigen Masse, vorzugsweise aus Jutefasern und mit nichtklebrigen, nicht-plastizierenden, bei Hitze formbaren Harzpartikelchen imprägniert, ermöglichen. Die Harzteilchen werden gleichmäßig in die Masse filtriert und zwar mit Hilfe eines wässerigen, verdunstenden Trägers. Falls Jutefasern verwandt werden, durchdringen die Partikel auäh die hohlen, aus Zellen bestehenden Fasern. Diese imprägnierte Masse kann, zweckmäßig nach dem Trocknen, in eine auszufüllende Form gelegt werden und bei Anwendung von Hinze und .Druck in eine kompakte, dichte und verhältnismäßig steife Schicht verwandelt werden.
Während sich die obige Beschreibung auf zweckmäßije Ausführungsformen beschränkt, kann auch der Stoff nach der Erfindung mit vorbehandelten Fasern hergestellt werden, d.h. mit Fasern, die individuell mit einem filmlosen oder filmbildenden Harz bedeckt sind. Diese Fasern werden durch Nadel- oder Rauhmasehinen in eine zusammenhängende Masse verwandelt in einem vorbestimmten Verhältnis der Zwischenräume zu den festen Bestandteilen, damit ein leichtes Umformen der Masse aufgrund der Bewegungsfreiheit der Fasern untereinander möglich ist und die Masse dann in eine kompakte, verhältnismäßig steife Schicht unter dem Einfluß von Hitze und Druck verwandelt werden kann.
Die Erfindung sei anhand der Zeichnungen näher veranschaulicht.
Fig. 1 bis 5 sind schematische Darstellungen einzelner Verfahrensstufen zur Bildung eines Formkörpers. Fig. 6 ist eine schematische Darstellung eines imprägnierten Stoffes nach der vorliegenden Erfindung. Fig. 6 zeigt eine biegsame, umformbare, zusammendrückbare, chemisch beständige, leichte und .knetbare Masse. Diese Kasie enthält ein Netz oder Gerüst von Fasern 10, die entweder Stapel- oder Splitterformen haben können. Die Verbindung dieser Fasern zu einer porösen Masse wird erreicht durch geeignete mechanische Mittel, wie z.B. durch Nadeln, wobei kleine Faserbüschel durch das Netz gezogen werden, und zwar gewöhnlich mit Nadeln, die Widerhaken aufweisen, um aus dem Fasernetz eine zusammenhängende Masse zu bilden. Zweckmäßig werden hohle, zellige Jute-Fasern verwendet, aber es können auch andere Natur- oder Kunstfasern sein, wie z.p. Zellulose, Glaswolle, Nylon, Rayon, Kokosnuß, Messing, Aluminium oder Stahl und dergleichen. In den Zwischenräumen der faserigen Masse sind Partikelchen eines nichtklebrigen Harzes 11, das keinen Film bildet und bei Hitze formbar ist, verteilt. Zweckmäßig werden diese Partikelchen aus Polyvinylchlorid-Harz gebildet, dessen Partikel eine-Durchschnittsgröße von 0.2 Mikron aufweisen. Jedoch ist eine Partikelgröße in dem Bereich von 0.01 bis 0.55 ausreichend. Während die Größe der Teilchen in diesem Bereich nicht besonders entscheidend ist, sollten die Partikel nicht so klein sein, daß sie leicht von der Masse fallen, noch so groß, daß sie der Umwandlung der Masse in eine gewünschte Form hemmend entgegen stehen.
Das Gewicht des Harzes sollte zweckmäßig im wesentlichen 50 % des Gewichtes der Fasern ausmachen. Jedoch ist auch ein Bereich von 2 bis 70 $ des Gesamtgewichtes des Harzes und der Fasern ( oder festen Körper) zufriedenstellend. Die Fasern und die Harzteilchen sind so zusammengedrängt, daß Faser und Harz zum leeren Zwischenraum in einem Verhältnis zwischen 1 zu 3 und 1 zu 32 steht. Zweckmäßig sollte das Verhältnis 1 zu 16 betragen. Wenn gewünscht, können die Fasern mit einem gewebten oder verfilzten Material 12 verstärkt werden, wie z.B. mit grobem Leinen, Baumwollstoff, plastischem Netzgewebe usw.. Die Zwischenräume zwischen den Fasern 10 und den Harzteilchen 11 können mit Luft oder einem anderen verdrängbaren Mittel, wie z.B. Wasser, gefüllt werden.
Bei der Bildung des Stoffes, veranschaulicht in Fig. 6, wird zuerst eine Anzahl von Jute-Fasern 11, entweder in Stapel-oder Splitterform, durch geeignete Mittel, wie z.B. durch eine Wollkratzmaschine 14 oder dergleichen in eine Masse.verwandelt. Diese Masse der Jute-Fasern wird dann in eine zusammenhängende, teilweise kompakte Masse verarbeitet, indem die einzelnen Fasern miteinander verschlungen werden. Dieses Miteinanderverbinden kann mit bekannten Nadelwebvorrichtungen, in der Zeichnung schematisch durch 15 veranschaulicht, erreicht werden, wobei Faserbüschel durch die Masse gezogen werden,'um die Fasern in eine poröse, mechanisch miteinander verbundene, faserige Matte 16 zu verarbeiten: Die Matte 16 wird dann in ein Harzbad 17 (vgl. Fig. 2) getaucht. Dieses Bad enthält eine wässerige Lösung von nichtklebrigen, nichtfilmenden, nicht-plastizierenden Harz-Teilchen, vorzugsweise Polyvinylchlorid-Teilehen, die eine Größe von 0.01 und 0.55 Mikron aufweisen sollten. Die Lösung kann irgendeine verdunstende Flüssigkeit enthalten, die nicht mit den Harzteilchen reagiert und nicht verursacht, daß das ausgewählte Harz beim Trocknen einen Film bildet. Die Lösung sollte vorzugsweise Wasser enthalten, kann aber auch Toluin, Formaldehyd, geschmolzenes Paraffin oder dergleichen sein. Das Imprägnieren wird gewöhnlich bei Raumtemperatur durchgeführt, jedoch könnte es bei jeder beliebigen Temperatur bis zum Schmelzpunkt des Harzes geschehen. Die besten Ergebnisse erzielt man, wenn die festen Teilchen 36 % der gesamten Lösung betragen; jedoch ist ein Bereich von 2 bis 60 % zufriedenstellend. Nachdem die Matte 16-ausreiehend lange in der Harzlösung 17 verweilt hat, um die Ausbreitun4 der Harzteilchen in der Matte 16 zu ermöglichen, wird sie herausgezogen und gepreßt durch geeignete Mittel, wie z.B. Press-Rollen 18. Für die Ausbreitung der Harzteilchen kann eine Zeitspanne von 0.001 Sekunde genügen oder eine Stunde oder noch längere Zeit erforderlich sein, dies hängt von der Dicke der Matte ab. Nach dem Pressen wird die teilweise trockene Matte in einem Warmluft-Trockner getrocknet, wobei der flüssige Bestandteil der Lösung verdunstet, während die Harzteilchen eng mit den Fasern vermischt bleiben. Es hat sich herausgestellt, daß eine Temperatur von 320 bis 4500 F ausreichend ist für die Warmluft-Trocknung. Wenn die Fasern aus Jute gebildet sind, breiten sich die Harzpartikelchen nicht .nur in der faserigen Masse aus, sondern auch innerhalb der Jutefasern, da diese normalerweise hohl sind. Dieser mit Harz imprägnierte, faserige Stoff 20 kann dann geformt werden, wie in Fig. 3, 4 und 5 gezeigt ist. Der Stoff ist besonders geeignet, um Tiefziehformen auszubilden. Er wird zwischen der männlichen und weiblichen Hälfte 21 bzw. 22 einer Form geformt, ohne daß ein Stutzen, Gestalten, Schneiden oder Teilen des Stoffes erforderlich ist. Die Dicke des Stoffes ist so bemessen, daß sie in ihrem kompakten Zustand die geschlossene Form ausfüllt. Nach dem Einlegen des Stoffes 20 zwischen die beiden Hälften, wird die Form geschlossen, wie in Fig. 4 veranschaulicht ist, und zwar unter dem Einfluß von Druck, der durch eine geeignete Vorrichtung, wie z.B. eine hydraulische Presse erzeugt wird.
Nach dem Schließen der Form ist der Stoff 20 in den geknickten und gebogenen Teilen 25 mehr zusammengedrängt als in den geraden Teilen 26. Wie in Fig. 4 veranschaulicht ist, kann der ungepreßte Stoff 20 z.B. eine Dicke von 3/81t aufweisen. .In dem flachen Teil der Form kann der Stoff z.B. auf l/16 der 3/81t Dicke zusammengepreßt werden. In dem gebogenen oder abknickenden Teil der Form ist der Stoff so gefaltet, daß sich dort 5 Schichten-befinden. Jede einzelne Schicht ist 3/8i1 dick. Beim Schließen der Form werden diese Schichten so zusammengepreßt, daß sie die gleiche Dicke wie die flachen Teile aufweisen, so daß der Stoff an der Ecke 25 weitaus kompakter ist als bei 26. Die Form wird ausreichend erhitzt, um die Flüssigkeit zu verdrängen und um die Harzteilchen zu trocknen, die sich unter dem Einfluß von Hitze und Druck in ein steifes, nicht-deformierbares, festes Endprodukt mit , glatter Oberfläche verwandeln, wie in Fig. 5 bei 27 dargestellt ist.

Während Polyvinylchlorid-Harzteilchen, die ein Molekular-Gewicht zwischen 6000 und 150 000 aufweisen, besonders zweckmäßig sind für den Gebrauch gemäß der vorliegenden Erfindung, können auch andere Harzarten verwendet werden. Die Eigenschaften solcher Harzarten sollten so sein, daß sie bei Raumtemperatur oder etwas erhöhter Temperatur fest und trocken sind, jedoch bei Hitze schmelzen oder sich aus einer Lösung oder Emulsion lösen. Wenn das Harz bei Wärme erhärtet, muß es in einem nichterhärtenden Zustand mit,den Fasern vermischt werden, um das Formen des Stoffes zu gewährleisten. Wenn das Material die Eigenschaft hat, einen Film zu bilden, muß es so angewandt werden, daß es die Fasern nicht vor der Formung des Stoffes miteinander verbindet. Dieses kann erreicht werden, wenn man die Verbindung zwischen Harz und Fasern erst dann trocknet, wenn die Matte geformt ist. Folgende Harzarten sind. für den Gebrauch nach der vorliegenden Erfindung geeignet. Thermonlastisehe Harze Polyvinylehlorid Chlorierendes Polyäther Polypropylen Polyäthylen Polystyrol Polyvinyl-Alkohol Vinyl-Chlorid-Azetat-Copolymere Vinylidenohlorid-Vinylchlorid Copolymer Vinylidenehlorid Zelluloseazetat

Zellulosetriazetat Zellulosenitrat

Zelluloseazetatbutyrat Äthylzellulose

Methylzellulose . Polyamid (Nylon)

Polytrifluorchloroäthylen Polymethylmethakrylat

Vinylbutyral-Harze Tfe-Fluorkohlenstoff

Thermofixierende Harze

Phenole Melamin

Urea Polyamidepoxydharz

Polyester Diallylphthalatharz

Alkydharz

Elastomere

Gummihydrochlorid Vinylnitrilgummi

Akrylnitrilstyrolcopolymer Neopren

Vinylätherharz Vinylformalharz

Vinylidenchloridakrylnitrilharz Urethan

Silikonharz

Polyäther Chlorinierendes Gummi

Polyvinylchloridpolymere und

Copolymere mit Butadienakrylnitril Polyvinylchloridpolymere

und Copolymere mit Karboxyl

modifizierte Butadienakryl-

nitril

Polyakrylatlaticiesharz

Naturharze

Zein Schellack

Kopal Batu

Dammar Elemi

Kauri Manila

Sandarak

Naturwachs

Paraffin Mikrokristall-Wachs

Künstliches Wachs

Polyäthylenoxyd Polyäthylen-Glykole

Chlorinierende Paraffine

Natürliches Gummi

Lokustenbohnengummi

Künstliches Gummi

Sodiumkarboxylmethylzellulose Hydroxyläthylzellulose

Äthylhydroxyläthylzellulose Methylzellulose

Stärke

Kartoffelstärke Ätherisierte Kartoffelstärke

Tapioka

Hydrokarbon-Harz

Turpenharz Coumaronharz

Während in den meisten Fällen ein Verhältnis von 1 zu 2 zwischen Harz und Faser sich als vorteilhaft erweist, wird das beste Verhältnis bestimmt durch die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Faser und die gewünschten Eigenschaften des geformten Produktes. Zum Beispiel ist bei Verwendung von Nylon-Fasern und einem Vinylchloridharz ein Verhältnis von Faser und Harz von 1 zu 5, um ein Endprodukt mit einer Zerreißfestigkeit von 100,000 zu erreichen, zweckmäßig, bei Verwendung von Jute-Fasern jedoch ist ein Verhältnis von 3 zu 5 angebracht.'

Claims

Patentansprüche ,/-'i 1"Im wesentlichen mattenartiger Stoff zur Erzeugung von Formteilen, bestehend aus einer faserigen Masse und Harz, dadurch gekennzeichnet, daß die Poren der Fasermatte teilweise ausfüllende Harz aus getrennten Partikelchen besteht, die aus nichtklebrigem Harz bestehen und daß das Faser/ Harz zu Poren-Verhältnis 1 s 3 bis 1 s 32, vorzugsweise 1 t 16 beträgt.
2. Stoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz ein Gewicht von 2 bis 70 @, vorzugsweise 50des Gesamtgewichtes von Harz und Fasern aufweist.
3. Stoff nach Anspruch Lund 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserschicht des Stoffes auf einer Seite-durch eine fiilfsschicht verstärkt ist. .
Stoff nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Harzpartikelchen eine Stärke von 0,01 bis 0,55 Mikron aufweisen.
5, Stoff nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz der Harzpartikelchen keinen Film bildet und in der Hitze formbar ist.
6. Stoff nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz Polyvin'lchlorld-Harz ist. 7.
Stoff nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus Jute-Fasern bestehen. g, Stoff nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern durch nadelartige Elemente, z.H.
Jute-Faserbündel verkettet sind.
9. Stoff nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch hohle, das Harz in sich aufnehmende Jute-Fasern.
10. Stoff nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Harzteilchen in einer flüchtigen Flüssigkeit dispergiert in die Fasermasse eingebracht werden.
11. Stoff nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht der Harzteilchen 2 bis 60 % des Gewichtes der Dispersion beträgt.
12.St.off nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß er vor der Formung unter Druck und Hitze teilweise getrocknet wird.
13.Aus einem Stoff nach Anspruch 1 bis 12 unter Druck und Hitze geformter Körper aus Fasern und einzelnen, im Fasernetz verteilten Harzpartikelchen, wo#)ei die Formung so erfolgt, daß die Harzteilchen-Dichte der Dispersion im Formkörper an konturenreichen Stellen wenigstens dreifach größer ist als an flachen Stellen.