DE19737014A1 - Langfaser-Schaumverbund - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Langfaser-Schaumverbund sowie daraus hergestellte Bauteile.

Nach dem Stand der Technik werden Vliese, Matten und ähnliche Gelege aus Fasern und anderen längsorientier­ ten Gebilden mit hohem Schlankheitsgrad in der Weise abgebunden, daß sie

• - mechanisch verfestigt werden, z. B. durch Nadelung, Versteppung, Verfilzung,
• - durch Thermobonding verschweißt werden, wenn als Fasern u. ä. ganz oder teilweise thermoplastisches Material verwendet wird,
• - durch Aufbringung von Klebstoffen durch Tauchung, Aufsprühung, Schmelzung u. ä.

Bekannt sind ferner Schaumwerkstoffe und Schaumverbund­ stoffe, in welche Fasern, Vliese, Gewebe u. ä. Gebilde als Verstärkung eingebracht werden und bei denen der Schaum den Zusammenhalt bewirkt.

Oben genannte Erzeugnisse und Verfahren weisen eine Reihe von Beschränkungen auf:

• - mechanische Verbindungssysteme führen zwangsläufig zu einer Verdichtung der Gelege, welche für einen Groß­ teil der Anwendungsgebiete unerwünscht ist, besonders für Dämmstoffe.
• - Thermobonding mit Ein- oder Bikomponentenfasern erfordert, je nach Anwendungsgebiet, einen Polymeran­ teil von meist zwischen 15% und 50%. Dadurch lassen sich vielfach bewährte Produkte herstellen. Aber jede Synthese ist mit einem hohen Energieverbrauch und somit mit hohen Emissionen verbunden. Außerdem sind die Kosten von chemischen oder Synthesefasern hoch.
• - Tauchen und Sprühen erfolgt überwiegend mit Elastome­ ren, aber auch mit Duromeren, und z. T. auch mit mineralischen Bindemitteln. Nach dem Verfahren lassen sich z. B. in Kombination mit Elastomeren hervorra­ gende Postermaterialien herstellen. Aber der Ver­ brauch an Bindemitteln ist hoch und somit die Kosten und die Emissionen.

Als Polstermaterial für Autositze, Polstermöbel u. a. haben die meisten Naturfasern den Nachteil, daß sie durch Gebrauch zusammengedrückt, also "plattgesessen" werden. Mangels eigener Rückstellkräfte der meisten Naturfasern bleiben sie dann in diesem Zustand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Langfa­ ser-Schaumverbund zu schaffen, bei dem die Langfasern zu einem lockeren aber dennoch formstabilen Gelege mit guten Rückstelleigenschaften verbunden sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Langfasern nur partial durch Schaumkörperchen zu einem Gelege geringer Dichte knotenpunktförmig verbun­ den sind. Es besteht die Möglichkeit, die knotenpunkt­ förmig verbindenden Schaumkörperchen in geschäumter oder ungeschäumter Form bei der Bildung des Geleges in dieses einzubringen, wobei die in ungeschäumter Form eingebrachten Schaumkörperchen durch Reaktion oder durch Aktivierung vorher eingebrachter Treibmittel in das aufzuschäumende Bindemittel aufschäumbar sind. In Ausgestaltung der Erfindung sind zwischen den Schaum­ körperchen nur von Fasern durchspannte schaumfreie Zonen gebildet. Als Fasern können Naturfasern, Chemie­ fasern, Synthesefasern, anorganische Fasern sowohl als Primärfasern als auch als Recyclingfasern oder Mischun­ gen davon zum Einsatz kommen.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen aufgezeigt.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind viel­ fach:

• - Lockere Faser-, insbesondere Naturfaserverbunde, die sich nach dem Stand der Technik als Polstermaterial mangels guter Rückstelleigenschaften nur bedingt eignen, erhalten bei Verwendung von Elastomeren oder Thermoelasten zur Bildung der Schaumkörperchen ein gutes Rückstellvermögen und werden so zu einem hoch­ wertigen Polstermaterial. Im Gegensatz zu Elastome­ re-Faserverbunden nach dem Stand der Technik, bei denen die Fasern von ungeschäumten Elastomeren wei­ testgehend ummantelt werden, ergibt sich durch den nur partialen Einsatz des Elastomers ein wesentlich sparsamerer Verbrauch. Der sparsame Verbrauch wird durch die Schäumung weiter gesteigert. Die Schäumung bewirkt gleichzeitig aber auch ein besseres Polste­ rungsverhalten und bessere Formbeständigkeit bzw. Rückstellung nach Belastung. Auch das Fasergefüge kann lockerer gestaltet werden, wodurch sich auch eine Einsparung an Fasern ergibt. Für Naturfasern kann über die erfindungsgemäße Lösung erwartet wer­ den, daß sich ein größerer Markt aufbauen läßt.
• - Für Zwecke der Wärmedämmung kann mit der erfindungs­ gemäßen Lösung das derzeit bestehende Hauptproblem der Naturfasern gelöst werden. Es wird als schwerwie­ gender Mangel bewertet, daß sich Dämmvliese aus Flachs-, Hanf-, Schafwollfasern etc. mangels Eigen­ steifigkeit nachträglich setzen. Dadurch geht über die Jahre ein wesentlicher Teil der Dämmwirkung verloren.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Partialschaumver­ bundes können die Naturfasern ebenso wie andere Fasern mit einem durch Schäumung minimierten Bindmittelaufwand punktförmig miteinander verbunden werden. Vor allem aber stützen die Schaumkörperchen die Fasern von innen her ab und gewährleisten, daß sie über die Zeit nicht in sich zusammensinken können.

Mehr noch, schäumt man die schäumbaren Materialien erst nach Einbringung zwischen die Fasern auf, so treiben sie die Fasern auseinander und bewirken eine Verringe­ rung der Dichte der Gelege, wie sie ohne das erfin­ dungsgemäße Verfahren gar nicht erreichbar wäre. Da Dämmstoffe bekanntlich um so besser dämmen, je geringer die Dichte ist, wird durch das erfindungsgemäße Verfah­ ren neben der angestrebten Formbeständigkeit auch eine Steigerung des Dämmvermögens über das naturgebende Maß hinaus bewirkt.

Bekanntlich dämmt nicht die Faser, sondern die in ihr und zwischen ihr gekammerte, stehende Luft. Je gerin­ ger die Dichte der Faserverbunde bzw. -gelege, um so leichter gerät die Luft dazwischen in Bewegung und vermindert dadurch die Dämmwirkung. Dem kann entgegen­ gewirkt werden, indem man den Dämmstoff durch winddich­ te Kaschierung mit Papieren, Folie oder anderen wind­ dichten Materialien vor Luftbewegung von außen schützt. Solche Windsperren können bei der Bildung der Vliese oder anderweitigen Gelege unmittelbar an den Dämmstoff angebracht werden, indem man die Formung darauf be­ wirkt. Der Verbund zwischen Fasern und Windsperre kann dabei u. a. durch die bei Herstellung noch klebfähigen Schaumkörperchen oder auch durch eine aufgesprühte Klebstoffschicht bewirkt werden. Windsperren bzw. Schichten, welche eine Konvektion der Luft innerhalb der Fasern verhindern sollen, können nach dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren ein- oder beidseitig aufgebracht werden. Als Windsperren kommen auch ein- oder beidsei­ tig aufgebrachte, dünne Schaumschichten oder Feinvliese in Frage.

Durch die Erfindung ist es möglich, mit geringstem Aufwand eine Formstabilisierung bei leichten bis sehr leichten Vliesen zu erreichen und die Rückstellkräfte zu steigern. Die in den Schaumkörperchen knotenpunkt­ förmig verklebten Langfasern sorgen dafür, daß der Schaum seitlich verspannt wird, es also nicht zu den für Schaumpolsterungen typischen, unerwünschten seitli­ chen Ausweich- und Schaukelbewegungen kommt. Die Tatsa­ che, daß nur ein Teil des Gesamtvolumens aus Schaum besteht, der übrige Teil dagegen aus zwar partial verklebten, aber überwiegend offenen Fasersystemen, ergibt eine besonders gute Luftdurchlässigkeit - für Polstermaterialien ein besonderer Vorteil.

Für die Herstellung der genannten Partialschaumverbunde eignen sich Polymere, Elastomere und auch Duromere im Zustand des Vorkondensates oder Voradduktes. Die Ein­ bringung in bereits geschäumter Form soll vorzugsweise dann zur Anwendung kommen, wenn eine Bindung zum Vlies oder anderweitigem Gelege ohne zusätzliche Dichtever­ ringerung des Geleges stattfinden soll.

Die Einbringung von reaktiv schäumbaren Systemen oder nachträglich aufschäumbaren Systemen, z. B. durch nachträgliche Energieeinleitung, soll vorzugsweise dann zur Anwendung kommen, wenn das Aufschäumen frei erfol­ gen und dazu dienen soll, durch das Steigen des Schau­ mes auch die Dichte des Vlies oder anderweitigen Gele­ geschüttung weiter zu verringern, als dies durch die Vliesformung selbst möglich ist. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, das Aufschäumen in einem begrenz­ ten Volumen, z. B. in einer Doppelbandpresse oder in einer Form, z. B. für PKW-Sitze durchzuführen. Auf diese Weise können gezielt technisch erforderliche oder erwünschte Dichten erzeugt werden. Der durch den Auf­ schäumdruck erzeugte Innendruck preßt dabei das Langfa­ ser-Partialschaumsystem an die Wandungen der Form und bewirkt so das Entstehen von Formteilen, z. B. Polster für PKW-Sitze. In die Form oder die Doppelbandpresse eingelegte Deckschichten für dekorative oder andere Zwecke können-dabei sofort angeschäumt werden.

Eine Steigerung der Festigkeit von Langfaser-Partial­ schaumverbunden kann erfindungsgemäß erreicht werden, indem die Schaumkörperchen bereits geschäumt oder nachträglich aufschäumbar in beschriebener Weise in eine Mischung von Naturfasern und Polymerfasern einge­ bracht werden. Zusätzlich zu der knotenförmigen Verbin­ dung der Langfasern durch Partialschaumkörperchen kann dann durch Thermobonding eine festigkeitssteigernde Verschmelzung der Polymerfasern an ihren Kreuzungspunk­ ten erfolgen.

Sollen Festigkeit gesteigert und Dichte gleichzeitig gesenkt werden, - eine Forderung, die besonders im Kraftfahrzeugbau zunehmende Bedeutung gewinnt, dann können in die Mischung mit Naturfasern statt Polymerfa­ sern nach dem Stand der Technik solche Polymerfasern eingemischt werden, die bereits beim Spinnen geschäumt wurden oder erst nach der Vermischung bzw. Gelegebil­ dung durch Einleitung von Energie, welche in der Schmelze eingebrachte Treibmittel aktiviert und das Polymer aufschäumt.

Partialschaumgebundene Gelege aus Mischungen von Natur­ fasern und Polymerfasern, ungeschäumt, vorher ver­ schäumt oder nachträglich aufschäumend, bieten auch die Möglichkeit, daß über die Polymerfasern oder die Schaumkörperchen, wenn sie aus wärmeaktivierbarem Material bestehen, eine Ankopplung an Bleche, Folien, Gewebe und vergleichbare flächige Materialien erfolgen kann, ggf. unter Primerung der flächigen Materialien. Auf diese Art und Weise wird es möglich, Leichtbauteile hoher Festigkeit zu erzeugen, z. B. Autotüren, PKW-In­ nenverkleidungen, Sandwichelemente aller Art u. a. m.

Obige Leichtbauteile als Sandwichelemente unterschied­ licher Art können auch erfindungsgemäß hergestellt werden, wenn anstelle der Verwendung von Polymerfasern das Gelege ein- oder beidseitig mit einem Klebstoff versehen wird oder einer Deckschicht aus Schaum, der eine klebende Wirkung besitzt und in der Lage ist, das Gelege mit flächenförmigen Gebilden, z. B. Blechen, Dekorstoffen u. a. m. zu verkleben oder thermisch zu verschweißen.

Nach obigen Systemen hergestellte Vliese u. ä. können tiefgezogen und nachträglich formverpreßt werden, wenn sie thermoplastische Bestandteile und/oder duromere Bestandteile in noch nicht vernetztem Zustand beinhal­ ten. Dabei können die Vliese in der Form zonenweise unterschiedlich hoch verdichtet werden. In der Randzone z. B. hochverdichtet, um hohe Festigkeit und Steifig­ keit, z. B. für selbsttragende Teile, zu erzielen und im Mittelfeld nur geringverdichtet, um u. a. Polsterung zu bewirken. Möglich ist es nach diesem Verfahren, auch Rippen oder Prägungen für Versteifungszwecke oder Zierzwecke in das Formteil mit wählbarer Tiefe und Dichte einzupressen. Das Verfahren bietet sich insbe­ sondere dafür an, steife, formstabile und dennoch leichte Innenausstattungsteile für Fahrzeuge herzustel­ len, welche im Crash-Fall nicht splittern.

Claims (15)

1. Langfaser-Schaumverbund, dadurch gekennzeichnet, daß die Langfasern nur partial durch Schaumkörperchen zu einem Gelege geringer Dichte knotenpunktförmig verbunden sind.

2. Langfaser-Schaumverbund nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die knotenpunktförmig verbinden­ den Schaumkörperchen in geschäumter oder ungeschäum­ ter Form bei der Bildung des Geleges in dieses eingebracht sind.

3. Langfaser-Schaumverbund nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in ungeschäumter Form eingebrachten Schaumkörperchen durch Reaktion oder durch Aktivierung vorher eingebrachter Treib­ mittel in das aufzuschäumende Bindemittel aufschäum­ bar sind.

4. Langfaser-Schaumverbund nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Schaumkörperchen nur von Fasern durchspannte schaum­ freie Zonen gebildet sind.

5. Langfaser-Schaumverbund nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Fasern Natur­ fasern, Chemiefasern, Synthesefasern, anorganische Fasern sowohl als Primärfasern als auch als Recyclatfasern oder Mischungen davon zum Einsatz kommen.

6. Langfaser-Schaumverbund nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschäu­ mung ohne Volumenbegrenzung frei erfolgt, so daß durch vollständige Aufschäumung eine minimal mögli­ che Dichte erreichbar ist.

7. Langfaser-Schaumverbund nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschäu­ mung in einem durch eine Doppelbandpresse, Form o. ä. vorbestimmten Volumen mit dadurch vorbestimm­ ter Dichte durchführbar ist.

8. Langfaser-Schaumverbund nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß geschäumte Poly­ merfasern in die Fasermischung eingebracht sind und durch Thermobonding an den Kreuzungspunkten mitein­ ander verschmolzen sind.

9. Langfaser-Schaumverbund nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Treibmittel enthaltende Polymerfasern in die Fasermischung eingebracht sind.

10. Langfaser-Schaumverbund nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmittel bei oder nach der Gelegebildung durch Reaktion oder durch Ein­ leitung von Energie aktivierbar und dadurch die Schaumbildung bewirkbar ist.

11. Langfaser-Schaumverbund nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerfasern an den Kreuzungspunkten miteinander verschmolzen sind.

12. Langfaser-Schaumverbund nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine Verpressung durch Energiezufuhr und/oder Druck in Formen zu Form­ teilen.

13. Langfaser-Schaumverbund nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Formteile unterschiedlich verdichtete Zonen aufweisen.

14. Langfaser-Schaumverbund nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Form­ teile ein- oder beidseitig eine Klebstoffschicht oder eine klebfähige Schaumschicht aufgebracht ist.

15. Langfaser-Schaumverbund nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß Oberflächenbeschichtungsmate­ rialien dekorativer Art oder technischer Bestimmung angeklebt oder angeschäumt sind.