DE19712463A1 - Verfahren zum Tränken flächiger Fasergebilde mit reaktiven Mehrkomponentensystemen - Google Patents

Verfahren zum Tränken flächiger Fasergebilde mit reaktiven Mehrkomponentensystemen

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Tränken und/oder Beschichten flächiger Fasergebilde mit reaktiven Mehr­ komponentensystemen, bei welchem Komponenten des Mehrkomponenten­ systems auf Fasergebilde aufgetragen werden und Fasergebilde ge­ preßt werden.
Reaktive Mehrkomponentensysteme - oder spezieller Mehrkomponen­ ten-Harzsysteme - zeichnen sich dadurch aus, daß die einzelnen Komponenten unter normalen Umständen nicht oder nur spezifisch bzw. eingeschränkt reaktiv sind, wohingegen das Mehrkomponenten- System nach der Vermischung der einzelnen Komponenten mehr oder weniger rasch aushärtet.
Bei den gattungsgemäßen Verfahren zum Tränken und/oder Beschich­ ten von flächigen Formartikeln kann das Auftragen der reaktiven Mehrkomponentensysteme dadurch erfolgen, daß die Komponenten zu­ nächst vermischt werden und anschließend das vermischte Mehrkom­ ponentensystem auf das Fasergebilde aufgetragen wird, woraufhin ein Transport des Artikels in ein offenes Preßwerkzeug erfolgt, welches im Anschluß daran geschlossen wird. Bei einem anderen bekannten Verfahren wird das bereits vermischte Mehrkomponenten­ system in das geschlossene Preßwerkzeug über ein Fülloch z. B. eine Mischkammer-Anguß-Kombination eingebracht (RIM-Technologie).
Die Verarbeitung von reaktiven Mehrkomponentensystemen (vorzugs­ weise EP und PUR) kann auf verschiedene Arten erfolgen:
Polyurethan-Elastomere werden bevorzugt im Gießverfahren herge­ stellt. Man unterscheidet hier zwei verschiedene Technologien, einmal das sogenannte One-Shot-Gießverfahren sowie das Zwei-Stu­ fen-Gießverfahren. Beim One-Shot-Gießverfahren werden die Kompo­ nenten nach gravimetrischer oder volumetrischer Dosierung alle gleichzeitig in einem Mischkopf gemischt und dann in offene For­ men gegossen. Beim Zwei-Stufen-Gießverfahren werden zunächst durch eine erste Vermischung Voraddukte (Prepolymere) herge­ stellt, die dann in einem zweiten Verfahrensschritt mit Glykolen oder Aminen zu Elastomeren umgesetzt werden.
Diese Gießverfahren sind jedoch für die Herstellung harter, fa­ serverstärkter und dünnwandiger Formteile, zum Beispiel für Auto­ mobilinnenverkleidungsteile, Möbelteile und dergleichen nur wenig geeignet, da es sich als problematisch erweist, das vermischte Mehrkomponentensystem auf der Fasermatte gleichmäßig zu verteilen bzw. diese gleichmäßig damit zu tränken. Dies gilt gleichermaßen für das One-Shot-Gießverfahren, das Zwei-Stufen-Verfahren sowie die RIM-Technologie.
Die Gleichmäßigkeit der Verteilung des Mehrkomponentensystems auf flächigen Fasergebilden kann dadurch verbessert werden, daß ein Sprühauftrageverfahren verwendet wird. Hierbei werden die reakti­ ven Komponenten über Pumpsysteme (wahlweise Hochdruck- oder Nie­ derdruckmaschinen) kontinuierlich einem Mischkopf zugeführt und auf die zu beschichtenden Elemente gesprüht. Die beschichteten Elemente oder deren Zuschnitte werden anschließend sofort in ei­ nem beheizten Werkzeug umgeformt und ausgehärtet. Allerdings er­ weist sich das Sprühauftrageverfahren insofern als nachteilig, da der Sprühablauf bzw. das Sprühbild aufwendig gesteuert werden muß, um eine gleichmäßige Verteilung und Durchtränkung zu erhal­ ten. Weiterhin werden die Anlagenteile (Greifer, Auflageplatten, Spritzkabinenwände usw.) durch ein nicht zu vermeidendes Über­ sprühen (Overspray) stark verschmutzt.
Allen vorgenannten Verfahren ist gemeinsam, daß die Komponenten des reaktiven Mehrkomponentensystems zunächst gemischt werden und danach auf die zu beschichtenden Elemente aufgebracht werden.
Direkt nach der Vermischung der Einzelkomponenten beginnt die Polymerisationsreaktion, so daß die folgenden Verarbeitungs­ schritte infolge der geringen Lagerstabilität bis zur Angelierung des Harzsystems zeitlichen Beschränkungen unterworfen sind. Die begrenzte Lagerstabilität ist durch die sogenannte "Topfzeit" gekennzeichnet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demnach darin, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches die starke Verschmut­ zung von Anlagen vermeidet und gleichzeitig die zeitliche Limi­ tierung aufgrund der begrenzten Topfzeit ausschaltet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Auf­ tragen der Komponenten auf die flächigen Fasergebilde in räumlich und zeitlich getrennten Verfahrensschritten erfolgt.
Es ist vorteilhaft, wenn das Auftragen der Komponenten auf die Fasergebilde mittels Walzenanordnungen erfolgt.
Bevorzugt werden die Fasergebilde im Anschluß an das Auftragen der Komponenten in ein Preßwerkzeug transportiert, in welchem der Preßvorgang stattfindet.
In einer besonderen Ausführungsform wird das Fasergebilde nach dem Auftragen der Komponenten und vor dem Pressen des Fasergebil­ des in einem Preßwerkzeug zugeschnitten, zum Beispiel mittels eines Wasserstrahls.
Bei den Walzenanordnungen handelt es sich bevorzugt um Kalander­ walzen.
Das Verfahren erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn beim Auftragen der Komponenten auf ein Fasergebilde die Dosierung mit­ tels des Walzenabstandes und/oder Walzendurchmessers vorgenommen wird.
Ferner kann die in der Naturfaser enthaltene Feuchtigkeit konti­ nuierlich bestimmt und für die Reaktion mit einer der Harzkompo­ nenten genutzt werden, wobei die Dosierung der Komponenten in Abhängigkeit des Feuchtigkeitsgehaltes in den Fasergebilden er­ folgt.
Weiterhin hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die vollständi­ ge Reaktion der Komponenten des Mehrkomponentensystems durch Druck- und Wärmebeaufschlagung erfolgt.
Die Druck- und Wärmebeaufschlagung wird bevorzugt in dem Preß­ werkzeug stattfinden.
Weitere Vorteile zeigt das erfindungsgemäße Verfahren, wenn zu­ mindest die zuerst aufgetragene Komponente des Mehrkomponentensy­ stems nicht mit der Umgebungsluft reagiert.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn zumindest die zuerst aufgetragene Komponente erwärmt wird.
Die Erwärmung kann zum Beispiel vor dem Auftragen der Komponente durch die Erwärmung der Komponente selbst erfolgen und/oder durch eine Beheizung der Walzenanordnung.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zum Tränken und/oder Beschichten verdichtbarer, poröser Fasergebilde.
Bevorzugt werden zur Herstellung der Faservliese Flachs-, Jute- und Sisalfasern in reiner Form oder als Fasermischung verwendet. Ferner können für die eingesetzten Naturfaservliese auch andere Pflanzenfasern, wie zum Beispiel Hanf Kenaf, Kokos, Rami, Nes­ sel, Schilf, Holz, Holzschliff und Baumwolle verwendet werden.
Die aus diesen Faser bestehenden Fasergebilde weisen vorzugsweise ein Flächengewicht zwischen 500 und 2000 g/m2 auf.
Als besonders vorteilhaft erweist sich das Verfahren, wenn es sich bei dem Mehrkomponentensystem um ein Zweikomponenten-Polyu­ rethansystem handelt.
Vorzugsweise liegt das stöchiometrische Mischungsverhältnis der zuerst aufgetragenen Komponente zu der zweiten Komponente zwischen 100 : 120 und 100 : 200.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Mehrkomponentensystem eine oder mehrere Komponenten aus reinen oder chemisch modifizierten Pflanzenölen, wie Rapsöl, Sojaöl, Rizinusöl, Sonnenblumenöl und/ oder Leinöl aufweist.
Das vorteilhafterweise eingesetzte Pflanzenöl enthält einen hohen Anteil an C18-Fettsäuren.
Besondere Vorzüge hat das Verfahren auch dadurch, daß die Benet­ zungseigenschaften der Komponenten des Mehrkomponentensystems durch eine geeignete Auswahl der Pflanzenölkomponente auf die Eigenschaften der Naturfasern hin abgestimmt werden können.
Vorteilhaft liegt der Viskositätsbereich der Komponenten des Mehrkomponentensystems zwischen 200 und 5000 mPa.sec.
Besonders vorteilhaft ist es, daß durch die kontrollierte Dosier­ möglichkeit der Komponenten des Mehrkomponentensystems die Mög­ lichkeit besteht, physikalische und/oder chemische Eigenschaften des Endproduktes zu beeinflussen.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß es vorteilhaft ist, die Komponenten des Mehrkomponentensystems in einem mehrstufigen Prozeß auf das zu beschichtende bzw. zu trän­ kende Fasergebilde aufzubringen. Durch diesen mehrstufigen Prozeß kommt es nicht zu einer frühzeitigen Mischung und einer dadurch bedingten frühzeitigen Gelierung des Systems. Es wird hierdurch ausgeschlossen, daß vor dem eigentlichen Verform- und Aushärte­ prozeß eine unerwünschte Veränderung des beschichteten bzw. ge­ tränkten Flächengebildes auftritt, die die weitere Verarbeitung erschweren oder unmöglich machen würde. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn es zu Verfahrensunterbrechungen kommt. Speziell, wenn eine aufgetragene Komponente nicht mit der Umgebungsluft reagiert, ist das damit getränkte oder beschichtete Fasergebilde über den Zeitraum einer gewöhnlichen Produktionsun­ terbrechung hinaus ohne wesentliche Veränderungen beständig.
Dadurch, daß die Komponenten getrennt, vorzugsweise mittels Wal­ zenanordnungen, auf das Flächengebilde aufgetragen werden, ist eine exakte Dosierung der Komponenten möglich, selbst während des eigentlichen Produktionsvorganges kann so das Mischungsverhältnis der Komponenten variiert werden. Diese Variationsmöglichkeit kann einerseits ausgenutzt werden, um die Eigenschaften des Endproduk­ tes zu optimieren, andererseits ermöglicht sie, einem weiteren Nachteil des Standes der Technik entgegenzutreten. Bisher war es erforderlich, um eine undefinierte Reaktion der Reaktionskompo­ nenten mit Inhaltsstoffen des zu beschichtenden Fasergebildes zu vermeiden, dieses vor der Beschichtung bzw. Tränkung zu konditio­ nieren. Die Konditionierung besteht im wesentlichen in einer Vor­ trocknung. Allerdings läßt sich eine nachfolgende Feuchtigkeits­ aufnahme, welche je nach Faserart, Faserzusammensetzung und Um­ gebungsbedingungen zwischen 4 und 15 Gewichtsprozent beträgt und bei porösen Fasergebilden sehr rasch erfolgt, nur mit großem technischen Aufwand vermeiden. Diese erneute Feuchtig­ keitsaufnahme, die durch Saug- und Kapillareffekte innerhalb we­ niger Minuten ein beträchtliches Maß erreicht, wird dann die nachfolgende Verarbeitung in unvorhersehbarer Weise beeinflussen. Aufgrund der Dosiermöglichkeit der Einzelkomponenten während des Auftrageprozesses, welche sich aus der vorliegenden Erfindung ergibt, ist es nun möglich, auf eine Konditionierung des Faserge­ bildes zu verzichten. Vielmehr kann das in der Faser enthaltene Wasser für die Reaktion mit den Harzkomponenten genutzt werden.
Man ist in der Lage, die Feuchtigkeit der einlaufenden Faserge­ bilde kontinuierlich zu messen und davon abhängig die Dosierung der Komponenten zu variieren. Das Isocyanat des Polyurethan­ systems reagiert in einer Nebenreaktion mit der Feuchtigkeit un­ ter Bildung von Kohlendioxid, wodurch ein vorteilhaftes Aufschäu­ men des Harzes während der Reaktion bewirkt wird. Ein solches, an sich bekanntes Aufschäumverfahren von Polyurethanen kann nun im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren genutzt werden, wodurch insbesondere entbehrlich wird, das Fasergebilde in trockenem Zustand dem Verfahren zuzuführen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden Pflanzenöle bzw. daraus hergestellte Produkte als eine der reaktiven Harzkomponenten verwendet. Ein solcher Ersatz für petrochemische Produkte kann den Anteil an nachwach­ senden Rohstoffen im Formteil auf bis zu 80% steigern.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun beispielhaft anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
In Fig. 1 ist das erfindungsgemäße Verfahren schematisch darge­ stellt. Die Fasermatten 2 werden als Rollenware dem Verfahren auf Rollen 4 zugeführt. Die abgewickelte Fasermatte wird zunächst in einer ersten Walzenanordnung 6 mit einer ersten reaktiven Kompo­ nente beschichtet bzw. getränkt und nach dem Durchlaufen eines weiteren Transportweges in einer zweiten Walzenanordnung 8 mit einer zweiten Komponente versehen. Die Walzenanordnungen 6, 8 sind bevorzugt vom Typ einer Kalanderwalze. Durch den Abstand der Walzen und ihrem Durchmesser innerhalb der Walzenanordnungen 6, 8 läßt sich die Menge der Komponenten bestimmen. Nachdem die nun getränkte bzw. beschichtete Fasermatte die Walzenanordnung 8 durchlaufen hat, wird sie nach einem weiteren Transportweg durch eine Schneideanordnung 10, z. B. einen Wasserstrahl, zugeschnit­ ten. Über die nachfolgenden Transportwege 12, 14, 16 werden die Zuschnitte in die Pressen, 18, 20, 22 transportiert, in welchen das Pressen und gegebenenfalls eine gleichzeitige Erwärmung er­ folgen.
Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
Bezugszeichenliste
2
Flächiges Fasergebilde
4
Rolle
6
,
8
Walzenanordnung
10
Schneidevorrichtung
12
,
14
,
16
Transportweg für Zuschnitt
18
,
20
,
22
Presse

Claims (23)

1. Verfahren zum Tränken und/oder Beschichten flächiger Faser­ gebilde mit reaktiven Mehrkomponentensystemen, bei welchem Kompo­ nenten des Mehrkomponentensystems auf Fasergebilde aufgetragen werden und Fasergebilde gepreßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftragen der Komponenten in räumlich und zeitlich getrennten Verfahrensschritten erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftragen der Komponenten mittels Walzenanordnungen (6, 8) erfolgt.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Fasergebilde (2) im Anschluß an das Auftragen der Komponenten in ein oder mehrere Preßwerkzeuge (18, 20, 22) transportiert wird, in welchem der Preßvorgang stattfindet.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Auftragen der Komponenten und dem Pressen des Fasergebildes (2) ein Zuschnitt des Fasergebil­ des, zum Beispiel mittels eines Wasserstrahls (10) erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Walzenanordnungen um Kalan­ derwalzen (6, 8) handelt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beim Auftragen der Komponenten eine Dosierung mit­ tels des Walzenabstandes und/oder Walzendurchmessers vorgenommen wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Fasergebilde enthaltene Feuchtig­ keit kontinuierlich bestimmt wird und für die Reaktion mit einer der Harzkomponenten genutzt wird, wobei die Dosierung der Kompo­ nenten in Abhängigkeit des Feuchtigkeitsgehaltes in den Faserge­ bilden erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vollständige Reaktion der Komponenten des Mehrkomponentensystems durch Druck- und Wärmebeaufschlagung er­ folgt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck- und Wärmebeaufschlagung in dem/den Preßwerkzeug(en) (18, 20, 22) erfolgt.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die zuerst aufgetragene Komponente des Mehrkomponentensystems nicht mit der Umgebungsluft reagiert.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die zuerst aufgetragene Komponente erwärmt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Erwärmung der zuerst aufgetragenen Komponente vor dem Auftragen erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Erwärmung der zuerst aufgetragenen Komponente durch eine Beheizung der Walzenanordnung (6) erfolgt.
14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Fasergebilden (2) um ver­ dichtbare, poröse Gebilde handelt.
15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasergebilde (2) Fasern aus Jute, Flachs, Sisal, Hanf, Kenaf, Rami, Nessel, Kokos, Schilf, Holz, Holz­ schliff und/oder Baumwolle enthalten.
16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasergebilde (2) ein Flächengewicht zwi­ schen 500 und 2000 g/m2 aufweisen.
17. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrkomponentensystem ein Zweikomponen­ ten-Polyurethansystem ist.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das stöchiometrische Mischungsverhältnis der zuerst aufgetragenen Komponente zu der zweiten Komponente zwischen 100 : 120 und 100 : 200 liegt.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Mehrkomponentensystem eine oder mehrere Kompo­ nenten aus reinen oder chemisch modifizierten Pflanzenölen wie Rapsöl, Sojaöl, Rhizinusöl, Sonnenblumenöl und/oder Leinöl auf­ weist.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Pflanzenöl einen hohen Anteil an C18-Fettsäuren aufweist.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Benetzungseigenschaften der Komponenten des Mehrkomponentensystems durch die geeignete Auswahl der Pflanzen­ ölkomponente auf die Eigenschaften der Naturfasern hin abge­ stimmt werden können.
22. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Viskositätsbereich der Komponenten des Mehrkomponentensystems zwischen 200 und 5000 mPa.sec liegt.
23. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die kontrollierte Dosierung der Kompo­ nenten des Mehrkomponentensystems die physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften des Endproduktes bestimmt werden.
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