DE202015101296U1 - Underbody paneling with alternative binders - Google Patents
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Abstract
Faservliesformteil, insbesondere zur Abdeckung von Fahrzeugbodenbereichen oder Radhäusern von Kraftfahrzeugen, umfassend strukturgebende Fasern und ein matrixbildendes Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturgebenden Fasern aus Polyethylenterephthalat (PET) bestehen und das matrixbildende Bindemittel aus thermoplastischem Polyurethan (TPU) besteht.Nonwoven molding, in particular for covering vehicle floor areas or wheelhouses of motor vehicles, comprising structuring fibers and a matrix-forming binder, characterized in that the structuring fibers consist of polyethylene terephthalate (PET) and the matrix-forming binder consists of thermoplastic polyurethane (TPU).
Description
Die Erfindung richtet sich auf ein Faservliesformteil insbesondere zur Abdeckung von Fahrzeugbodenbereichen oder Radhäusern von Kraftfahrzeugen, umfassend strukturgebende Fasern und ein matrixbildendes Bindemittel. Weiterhin richtet sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Faservliesformteils. Schließlich richtet sich die Erfindung auf die Verwendung eines solchen Faservliesformteils.The invention is directed to a nonwoven molded part, in particular for covering vehicle floor areas or wheel arches of motor vehicles, comprising structuring fibers and a matrix-forming binder. Furthermore, the invention is directed to a method for producing such a nonwoven molding. Finally, the invention is directed to the use of such a nonwoven molding.
Die Erfindung betrifft somit Faserformteile für die Automobilausstattung „außen”, insbesondere als Unterbodenschutz oder Radhausverkleidung. Bei derartigen Faser(vlies)formteilen handelt es sich um Verbundstoffe, die aus strukturgebenden Faserkomponenten und matrixbildenden Bindemitteln, gegebenenfalls ebenfalls in Faserform, gebildet sind/werden. Diese Fasern werden in der Regel in Form eines Vlieses gelegt und dann in einem gegebenenfalls mehrschrittigen thermischen Formgebungsverfahren in die gewünschte Form gebracht, insbesondere gepresst.The invention thus relates to molded fiber parts for the automotive equipment "outside", in particular as underbody protection or Radhausverkleidung. In such fiber (nonwoven) moldings are composites, which are / are made of structuring fiber components and matrix-forming binders, optionally also in fibrous form. These fibers are usually laid in the form of a nonwoven and then brought in an optional multi-step thermal molding process in the desired shape, in particular pressed.
Formteilen solcher Art sind verschiedene Funktionen zugeordnet. So dienen sie zunächst dem Schutz der unteren Struktur eines Fahrzeugs, dienen der günstigen Beeinflussung des sogenannten CW-Wertes und haben des Weiteren positive akustische Wirkung. Letzteres gilt sowohl für das Schallgeschehen im Inneren als auch für jenes von außen, beispielsweise Abrollgeräusche, Steinschlag, etc. Von diesen Funktionen leiten sich die Anforderungen an die Formteile ab, die durch mechanische Eigenschaften wie formgebende, stabilisierende Härte, Schlagzähigkeit, Steinschlagfestigkeit, Reiß- und Biegefestigkeit, aber auch durch einfache Gestaltbarkeit des Formteils definiert werden. Insbesondere die zur Straßenseite gerichtete Oberfläche des Formteils bestimmt über seine akustischen Eigenschaften, die sich durch Modifikationen hinsichtlich Glätte, Porosität und abhäsives Verhalten sowie allgemein durch Auswahl besonders geeigneter Werkstoffe modifizieren lassen. Dabei besteht eine zusätzliche Anforderung an das Formteil darin, die entsprechenden Eigenschaften auch bei vergleichsweise hohen beziehungsweise niedrigen Temperaturen aufrechtzuerhalten, insbesondere innerhalb eines Temperaturbereichs von –30 bis +80°C.Moldings of this type are assigned different functions. Thus, they initially serve to protect the lower structure of a vehicle, serve to favorably influence the so-called CW value and also have a positive acoustic effect. The latter applies both to the sound events inside and to those from the outside, for example rolling noise, rockfall, etc. These requirements are derived from the requirements of the molded parts, which are characterized by mechanical properties such as shaping, stabilizing hardness, impact resistance, stone chip resistance, tear resistance. and bending strength, but also be defined by simple design of the molding. In particular, the surface of the molded article facing the road surface determines its acoustic properties, which can be modified by modifications in terms of smoothness, porosity and abhesive behavior, and in general by selecting particularly suitable materials. In this case, an additional requirement for the molded part is to maintain the corresponding properties even at comparatively high or low temperatures, in particular within a temperature range of -30 to + 80 ° C.
Im Stand der Technik sind mehr oder minder komplexe Konstruktionen solcher Formteile bekannt. Sie bestehen üblicherweise aus mehreren verschiedenen Werkstoffen, die für gewöhnlich in einer mehrschichtigen Anordnung arrangiert und mittels unterschiedlicher Verfahren angefertigt werden. Sie unterscheiden sich in ihrer Funktionsfähigkeit mit Blick auf die jeweiligen Anforderungen, ferner im Gewicht und vor allem hinsichtlich der im Laufe der Produktion anfallenden Kosten. Um die Vereinbarkeit verschiedenartiger Anforderungen wie formgebende Starre und Härte, Widerstandsfähigkeit gegen einschlagende Objekte mit zum Teil abfedernder Wirkung, Schallisolierung, Wärmebeständigkeit und ein möglichst geringes Gewicht optimal miteinander zu vereinbaren, werden derartige Formteile gegebenenfalls mehrlagig aufgebaut, wobei sich die einzelnen Schichten signifikant hinsichtlich ihrer physikalischen Eigenschaften unterscheiden und zumeist unterschiedliche Aspekte des an das jeweilige Formteil gestellten Anforderungsspektrums erfüllen.In the prior art more or less complex constructions of such moldings are known. They usually consist of several different materials, which are usually arranged in a multilayer arrangement and made by different methods. They differ in their functionality with regard to the respective requirements, furthermore in the weight and above all with regard to the costs incurred in the course of the production. In order to optimally reconcile the compatibility of various requirements such as shaping rigidity and hardness, resistance to impacting objects with partially cushioning effect, sound insulation, heat resistance and the lowest possible weight, such moldings are optionally built up in multiple layers, wherein the individual layers significantly in terms of their physical Distinguish properties and usually meet different aspects of the requirements of the particular molding requirement spectrum.
So besteht ein bewährter Aufbau eines bekannten Faservliesformteils zur Abdeckung von Fahrzeugbodenbereichen oder Fahrzeugradhäusern aus einem dreischichtigen und dreilagigen System, wie beispielsweise in der
Ein aus einem Faservlieskörper mit auf der Ober- und/oder Unterseite aufgebrachter Abdeckfolie bestehender Formkörper ist aus der
Unter der Komplexität dieser Formteile, in Bezug auf sowohl Anzahl der verwendeten Werkstoffe als auch ihren Aufbau, leidet letztendlich jedoch die zeit- und materialökomische Produktion entsprechender Artikel. Kosteneffektiver und einfacher in der Herstellung sind hingegen Formteile, die aus lediglich einer einzigen Schicht bestehen. Die Vereinbarkeit aller vorgenannten Anforderungen an solche Formteile gestaltet sich in der Praxis jedoch außerordentlich komplex, und für gewöhnlich zeigen sie, verglichen mit mehrlagig aufgebauten Formteilen, eine verminderte Leistung. Auf der anderen Seite können auf Grund der Tatsache, dass die Ausbildung und Umformung eines solchen einschichtigen Formteils simultan vollzogen werden können, nachträgliche Läsionen des Formteils, wie voranstehend bereits erläutert, vermieden werden.However, the complexity of these molded parts, in terms of both the number of materials used and their structure, ultimately suffers from the time and material production of corresponding articles. Cost-effective and easier to manufacture, however, are moldings that consist of only a single layer. The compatibility of all the above requirements for such moldings in practice, however, extremely complex, and usually they show a reduced performance compared to multi-layered moldings. On the other hand, due to the fact that the formation and forming of such a single-layered molding can be carried out simultaneously, subsequent lesions of the molding, as already explained above, can be avoided.
Ein weiteres Faservliesformteil besteht nach Lehre der
Generell ist es von Bedeutung, dass das Schmelzpunkt der strukturgebenden Fasern, die eine gewisse Festigkeit des Formteils sicherstellen, oberhalb der Umformungstemperatur der matrixbildenden Komponente liegt, um ein Zusammenfließen der beiden einzelnen Komponenten zu vermeiden. Gleichzeitig sollte die matrixbildende, gegebenenfalls oberflächenformende Komponente sowohl bei niedrigen Temperaturen die nötige Schlagfestigkeit als auch eine hinreichende Toleranz gegenüber Hitzeeinwirkung aufweisen. Dies gilt insbesondere für Faservliesformteile, die in Motornähe zum Einsatz gebracht werden. Polypropylen, welches ein gängiger Matrixbildner für Faservliesformteile der Automobilindustrie ist, besitzt zwar eine gute chemische Resistenz weist jedoch verglichen mit anderen Thermoplasten eine geringere Steifigkeit, Festigkeit und Härte auf.In general, it is important that the melting point of the structuring fibers, which ensure a certain strength of the molding, is above the transformation temperature of the matrix-forming component, in order to avoid a confluence of the two individual components. At the same time, the matrix-forming, optionally surface-forming component should have the necessary impact resistance as well as a sufficient tolerance to heat both at low temperatures. This applies in particular to non-woven fabric parts which are used near the engine. Although polypropylene, which is a common matrix former for nonwoven moldings of the automotive industry, has good chemical resistance, it has lower stiffness, strength and hardness compared with other thermoplastics.
Es besteht folglich weiterhin Bedarf an Faservliesformteilen für die Automobilausstattung „außen”, insbesondere zur Abdeckung von Fahrzeugbodenbereichen oder -radhäusern, die die qualitative Hochwertigkeit mehrschichtiger Faservliesformteile mit den ökonomischen Vorteilen bekannter, einschichtiger Faservliesformteile verbinden.Thus, there is still a need for nonwoven molded automotive exterior trim components, particularly for covering vehicle floor areas or wheelhouses, which combine the high quality of multi-layered nonwoven fabric molded articles with the economic advantages of known monolayer nonwoven moldings.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Lösung zu schaffen, die ein die für die Verwendung als außenseitiges Automobilausstattungsbauteil benötigten Eigenschaften aufweisendes Faservliesformteil bereitstellt, das aus wenigen Komponenten, insbesondere ohne die Verwendung von Glasfasern, und mit bei der Herstellung von derartigen Faservliesformteilen üblichen thermischen Formgebungsverfahren herstellbar ist.The invention is therefore based on the object to provide a solution that provides a properties required for use as an outside automotive equipment properties having nonwoven molding that made of few components, especially without the use of glass fibers, and with in the production of such nonwoven moldings usual thermal molding process can be produced.
Bei einem Faservliesformteil der eingangs näher bezeichneten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die strukturgebenden Fasern aus Polyethylenterephthalat (PET) bestehen und das matrixbildende Bindemittel aus thermoplastischem Polyurethan (TPU) besteht.In a nonwoven molded article of the type described in more detail above, this object is achieved according to the invention in that the structuring fibers consist of polyethylene terephthalate (PET) and the matrix-forming binder consists of thermoplastic polyurethane (TPU).
Ebenso wird die vorstehende Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs näher bezeichneten Art dadurch gelöst, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- a. Bereitstellen von PET-Fasern als Strukturfasern, insbesondere in Form eines Vlieses oder Webstoffes;
- b. Benetzen der PET-Fasern mit einer wässrigen TPU-Dispersion als matrixbildendes Bindemittel, vorzugsweise so, dass die PET-Fasern vollständig von der wässrigen TPU-Dispersion umhüllt sind;
- c. Formgebendes Behandeln der mit der wässrigen TPU-Dispersion benetzten, vorzugsweise umhüllten, PET-Fasern in einem thermischen Formgebungsverfahren.
- a. Providing PET fibers as structural fibers, in particular in the form of a nonwoven or woven fabric;
- b. Wetting the PET fibers with an aqueous TPU dispersion as a matrix-forming binder, preferably so that the PET fibers are completely enveloped by the aqueous TPU dispersion;
- c. Shaping the wetted with the aqueous TPU dispersion, preferably coated, PET fibers in a thermal shaping process.
Schließlich wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Verwendung eines Faservliesformteils nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und/oder erhalten nach Anspruch 11 oder 12 zur Abdeckung von Kraftfahrzeugbodenbereichen oder Kraftfahrzeugradhäusern.Finally, the object is achieved by the use of a non-woven fabric molding according to one of claims 1 to 10 and / or obtained according to claim 11 or 12 for covering motor vehicle floor areas or Kraftfahrzeugradhäusern.
Es wurde überaschenderweise gefunden, dass die Verwendung von thermoplastischem Polyurethan (TPU) als matrixbildendem Bindemittel in Kombination mit in Form eines Vlieses angeordneten, insbesondere gelegten Polyethylenterephthalat-Fasern als strukturgebender Komponente nach Behandlung in einem üblichen thermischen Formgebungsprozess ein Faservliesformteil liefert, welches trotz seines unkomplizierten Aufbaus sowohl eine hinreichende Steifigkeit beziehungsweise Härte, als auch gute Schlag-, Reiß- und Biegefestigkeit sowie abfedernde, schalldämmende und, bedingt durch eine glatte Oberflächenstruktur, adhäsive Eigenschaften aufweist, Dabei ist insbesondere die Schlagfestigkeit bei niedrigen Temperaturen sowie die Hitzetoleranz des resultierenden Formteils gegenüber den auf Polypropylen basierenden Formteilen verbessert.Surprisingly, it has been found that the use of thermoplastic polyurethane (TPU) as a matrix-forming binder in combination with a nonwoven arranged, in particular laid polyethylene terephthalate fibers as a structuring component after treatment in a conventional thermal molding process, a nonwoven molding, which despite its uncomplicated structure, both a sufficient stiffness or hardness, as well as good impact, tear and bending strength and cushioning, sound-absorbing and, due to a smooth surface structure, adhesive properties, In particular, the impact resistance at low temperatures and the heat tolerance of the resulting Improved molding compared to the polypropylene-based moldings.
Überraschenderweise können diese Eigenschaften ohne die Verwendung von Glasfasern erreicht werden.Surprisingly, these properties can be achieved without the use of glass fibers.
In einem erstem Aspekt richtet sich die vorliegende Erfindung daher auf ein Faservliesformteil, insbesondere zur Abdeckung von Fahrzeugbodenbereichen oder -radhäusern eines Kraftfahrzeugs, umfassend strukturgebende Fasern und ein matrixbildendes Bindemittel, wobei die strukturgebenden Fasern aus Polyethylenterephthalat (PET) bestehen und das matrixbildende Bindemittel thermoplastisches Polyurethan (TPU) ist.In a first aspect, the present invention is therefore directed to a nonwoven molding, in particular for covering vehicle floor regions or wheel houses of a motor vehicle comprising structuring fibers and a matrix-forming binder, wherein the structuring fibers consist of polyethylene terephthalate (PET) and the matrix-forming binder is thermoplastic polyurethane ( TPU).
Ebenso richtet sich die vorliegende Erfindung in einem zweiten Aspekt daher auf ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Faservliesformteils, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- a. Bereitstellen von PET-Fasern;
- b. Benetzen der PET-Fasern mit einer wässrigen TPU-Dispersion derart, dass die PET-Fasern insbesondere vollständig von der wässrigen TPU-Dispersion umhüllt sind;
- c. Formgebendes Behandeln der mit der wässrigen TPU-Dispersion umhüllten PET-Fasern in einem thermischen Formgebungsverfahren.
- a. Providing PET fibers;
- b. Wetting the PET fibers with an aqueous TPU dispersion such that the PET fibers are in particular completely enveloped by the aqueous TPU dispersion;
- c. Shaping the treated with the aqueous TPU dispersion PET fibers in a thermal shaping process.
In einem letzten Aspekt richtet sich die vorliegende Erfindung des Weiteren daher auf die Verwendung des erfindungsgemäßen Faservliesformteils zur Abdeckung von Fahrzeugbodenbereichen oder Radhäusern von Kraftfahrzeugen.In a final aspect, the present invention is therefore further directed to the use of the non-woven fabric molding according to the invention for covering vehicle floor areas or wheel arches of motor vehicles.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Faservliesformteils kann mittels im Stand der Technik bekannter üblicher Prozesse zur Herstellung eines Faservlieses anschließender thermischer Verformung zu einem Faservliesformteil, das aus Strukturfasern und einer Schmelzkomponente besteht, erfolgen. Dabei wird die auch als Bindemittel bezeichnete Schmelzkomponente bei einer Temperatur, die unterhalb der Schmelztemperatur der strukturgebenden Faser(n) liegt, aufgeschmolzen und zusammen mit der Strukturfaser umgeformt, so dass sie mit den Strukturfasern eine feste Bindung eingeht und nach Beendigung der Verformung und dem Aushärten die erreichte Form stabilisiert. Das Aufschmelzen und Umformen des Bindemittels kann innerhalb eines thermischen Formwerkzeugs erfolgen, so dass die endgültige Form des gewünschten Formteils sofort erhalten und bewahrt werden kann.The production of the non-woven fabric molding according to the invention can be carried out by means known in the art conventional processes for producing a nonwoven fabric subsequent thermal deformation to a nonwoven molded article consisting of structural fibers and a melt component. In this case, the melt component, also referred to as a binder, is melted at a temperature below the melting temperature of the structuring fiber (s) and shaped together with the structural fiber so that it forms a firm bond with the structural fibers and after completion of the deformation and curing stabilizes the shape achieved. The melting and shaping of the binder can take place within a thermal mold, so that the final shape of the desired molding can be immediately obtained and preserved.
Die strukturgebenden Fasern können sowohl in Form loser Fasern, Flocken oder Ähnlichem in dem erfindungsgemäßen Faservliesformteil enthalten sein, als auch in Form von Vliesen oder Webstoffen bestehend aus dem verwendeten Werkstoff verwendet werden. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die strukturgebenden PET-Fasern in Form eines Vlieses oder eines Webstoffes in dem Faserformteil enthalten sind. Der Vorteil bei der Verwendung eines PET-Vlieses liegt in einer zusätzlichen Steigerung der Reißfestigkeit des fertigen Faservliesformteils. Darüber hinaus können durch die variabel gestaltbare Dicke, Dichte und Porosität des Vlieses Eigenschaften des Faservliesformteils gezielter variiert werden, da Dicke, Dichte und Porosität des Faservliesformteils über den Grad der Steifigkeit und seine abfedernden und schallabsorbierenden Eigenschaften bestimmen. Auch die Handhabung eines kompakten Vlieses gestaltet sich einfacher.The structuring fibers may be present in the form of loose fibers, flakes or the like in the nonwoven preform according to the invention, as well as in the form of nonwovens or woven fabrics consisting of the material used. An advantageous embodiment of the invention is that the structuring PET fibers are contained in the form of a nonwoven or a woven fabric in the fiber molding. The advantage of using a PET nonwoven lies in an additional increase in the tensile strength of the finished nonwoven molded article. Moreover, as a result of the variably configurable thickness, density and porosity of the nonwoven, properties of the nonwoven preform can be varied more precisely, since the thickness, density and porosity of the nonwoven preform determine the degree of stiffness and its cushioning and sound-absorbing properties. The handling of a compact web is easier.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung werden die strukturgebenden Fasern mit dem matrixbildenden Bindemittel derartig in Kontakt gebracht, dass eine vollständige Benetzung der Fasern, welche in bevorzugten Ausführungsformen in Form eines Vlieses vorliegen, erfolgen kann. Das Bindemittel sollte zu diesem Zweck über hinreichende Fließeigenschaften verfügen, gleichzeitig jedoch ausreichend viskos sein. So wird zum einen sichergestellt, dass eine vollständige und einfache Benetzung der Fasern stattfinden kann, zum anderen, dass das Bindemittel nicht einfach an den Fasern vorbeiläuft ohne an diesen haften zu bleiben, sondern wie gewünscht die Matrix des zu fertigenden Faserformteils bildet. Die Erfindung sieht in Ausgestaltung daher vor, dass die PET-Fasern vollständig von dem matrixbildenden TPU-Bindemittel umhüllt sind.For the purposes of the present invention, the structuring fibers are brought into contact with the matrix-forming binder in such a way that complete wetting of the fibers, which are present in preferred embodiments in the form of a fleece, can take place. The binder should have sufficient flow properties for this purpose but at the same time be sufficiently viscous. This ensures, on the one hand, that complete and simple wetting of the fibers can take place and, on the other hand, that the binder does not simply pass by the fibers without adhering to them, but rather forms the matrix of the fiber molded article to be produced as desired. The invention therefore provides, in an embodiment, that the PET fibers are completely enveloped by the matrix-forming TPU binder.
Wie nun überraschenderweise gefunden wurde, bietet die Kombination von PET-Fasern mit TPU als matrixbildendem Bindemittel eine Reihe von Vorteilen gegenüber herkömmlichen, im Stand der Technik bekannten Formteilen. So verfügt thermoplastisches Polyurethan über eine ausgezeichnete Knickbeständig, hohe Elastizität, hohes Rückstellvormögen, hohe Schnitt- und Reißfestigkeit, ist beständig gegenüber vielen Lösungsmitteln sowie gegenüber Öl, Seewasser und Fett, zeigt eine gute Verschweißbarkeit sowie Schwingungsdämpfung und weist darüber hinaus, verglichen beispielsweise mit Polypropylen, eine ausgezeichnete Flexibilität sowohl bei Raumtemperatur (20°C) als auch bei tiefen Temperaturen auf. Die Schmelztemperatur von TPU liegt typischerweise bei ungefähr 180°C, die Umformungstemperatur von Faservlies zu einem Faservliesformteil üblicherweise innerhalb eines Temperaturbereichs von 220–240°C. Dagegen liegt die Schmelztemperatur von PET mit ungefähr 265°C deutlich über der Umformungstemperatur des TPU, so dass die Kombination dieser beiden Werkstoffe die Integrität der dem Formteil inhärenten, festigenden Struktur sicherstellt. Es ist daher möglich, das Faservliesformteil aus lediglich einer Lage oder einer Schicht herzustellen, so dass die Erfindung weiterhin vorsieht, dass das Faserformteil aus einer einzigen Schicht bestehtAs has now surprisingly been found, the combination of PET fibers with TPU as the matrix-forming binder offers a number of advantages over conventional moldings known in the art. Thus, thermoplastic polyurethane has excellent kink resistance, high elasticity, high Rückstellvormögen, high cut and tear resistance, is resistant to many solvents, as well as oil, seawater and fat, shows good weldability and vibration damping and has, moreover, compared with, for example, polypropylene excellent flexibility both at room temperature (20 ° C) and at low temperatures. Typically, the melting temperature of TPU is about 180 ° C, and the temperature of the nonwoven fabric to form a nonwoven preform is usually within one Temperature range of 220-240 ° C. In contrast, the melting temperature of PET at about 265 ° C is well above the forming temperature of the TPU, so that the combination of these two materials ensures the integrity of the molding inherent in the solidifying structure. It is therefore possible to manufacture the nonwoven molding from only one layer or layer, so that the invention further provides that the fiber molding consists of a single layer
Die Eigenschaften des TPU lassen sich ferner bis zu einem gewissen Grad durch die Auswahl des Polyurethans bzw. dessen Bestandteile einstellen. TPU enthält sogenannte weiche und harte Segmente und wird in einer Additionsreaktion aus kurzkettigen Diolen, langkettigen Polyolen und Polyisocyanaten hergestellt. Die weichen Segmente bestehen im Wesentlichen aus Blockpolymeren, die aus der Reaktion von Poly-, insbesondere Diisocyanaten, mit langkettigen Polyolen bzw. Diolen entstehen; die harten Segmente hingegen gehen aus der Vernetzungsreaktion von Diisocyanaten mit kurzkettigen Diolen hervor. Typischerweise bestehen die kurzkettigen Diole der harten Segmente aus aliphatischen Diolen, wie zum Beispiel 1,4-Butandiol oder 1,6-Hexandiol, oder aromatischen Dialkoholen. Die langkettigen Polyole der weichen Segmente sind dagegen typischerweise Polyester oder Polyether mit terminalen Hydroxylgruppen, wie beispielsweise Polyethylenglykol, Polypropylenglykol, Copolymere von Polypropylenglykol und Polyethylenglykol, Polytetramethylenglykol, und Polyester von Diolen, wie Butandiol oder Hexandiol, mit Dicarbonsäuren, wie Adipinsäure, Pimelinsäure, Suberinsäure, Azelainsäure und Sebacinsäure. Generell sind Polyether-basierte TPUs kälte- und wasserbeständig und resistent gegenüber Mikroorganismen, wohingegen Polyester-basierte TPUs härter, elastischer, hitze- und lösemittelbeständiger und generell schmutzabweisender sind. Es ist natürlich möglich auch verschiedene Polyole, insbesondere Polyether und Polyester, miteinander zu kombinieren, um das gewünschte Eigenschaftsprofil bereitzustellen.The properties of the TPU can also be adjusted to a certain extent by the choice of polyurethane or its constituents. TPU contains so-called soft and hard segments and is prepared in an addition reaction from short-chain diols, long-chain polyols and polyisocyanates. The soft segments consist essentially of block polymers resulting from the reaction of poly-, especially diisocyanates, with long-chain polyols or diols; the hard segments, on the other hand, result from the crosslinking reaction of diisocyanates with short-chain diols. Typically, the short-chain diols of the hard segments are aliphatic diols, such as 1,4-butanediol or 1,6-hexanediol, or aromatic dialcohols. By contrast, the long-chain polyols of the soft segments are typically polyesters or polyethers having terminal hydroxyl groups, such as, for example, polyethylene glycol, polypropylene glycol, copolymers of polypropylene glycol and polyethylene glycol, polytetramethylene glycol, and polyesters of diols, such as butanediol or hexanediol, with dicarboxylic acids, such as adipic acid, pimelic acid, suberic acid, Azelaic acid and sebacic acid. In general, polyether-based TPUs are cold and water resistant and resistant to microorganisms, whereas polyester based TPUs are harder, more resilient, heat and solvent resistant and generally dirt repellent. It is of course also possible to combine different polyols, especially polyethers and polyesters, to provide the desired property profile.
Generell lassen sich durch Variation des Molekulargewichts und der Zusammensetzungen/Auswahl der kurz- und langkettigen Diole die Eigenschaften des Polyurethanpolymers über einen weiten Bereich beeinflussen und können den Anforderungen an das jeweilige Formteilprodukt flexibel angepasst werden.In general, by varying the molecular weight and the compositions / selection of the short and long chain diols, the properties of the polyurethane polymer can be influenced over a wide range and can be flexibly adapted to the requirements of the respective molded part product.
Damit die Benetzung der strukturgebenden PET-Fasern optimal durchgeführt werden kann, kann die Einführung des matrixbildenden TPU-Bindemittels durch Verwendung einer wässrigen Dispersion des jeweiligen TPUs erfolgen. In dieser liegt das bereits auspolymerisierte TPU als Feststoffpartikel vor. Derartige wasserbasierte Polyurethan-Dispersionen (PUDs) sind im Stand der Technik bekannt und in vielfältiger Form kommerziell erhältlich. Die Erfindung zeichnet sich daher weiterhin dadurch aus, dass das matrixbildende Bindemittel aus der wässrigen Dispersion eines thermoplastischen Polyurethans gebildet wurde.So that the wetting of the structuring PET fibers can be carried out optimally, the introduction of the matrix-forming TPU binder can be carried out by using an aqueous dispersion of the respective TPU. In this, the already fully polymerized TPU is present as a solid particle. Such water-based polyurethane dispersions (PUDs) are known in the art and commercially available in a variety of forms. The invention is therefore further distinguished by the fact that the matrix-forming binder was formed from the aqueous dispersion of a thermoplastic polyurethane.
In solchen Dispersionen können je nach Hersteller weitere Bestandteile enthalten sein. Zu diesen zählen beispielsweise, ohne Einschränkung, weitere thermoplastische Polymere wie Polyether, Polyamide, Polyvinylchloride und ähnliche Thermoplasten, sowie Vernetzungsmittel, Trübungsmittel, Verdickungsmittel, Flammschutzmittel, Weichmacher und Verlaufmittel.Depending on the manufacturer, further constituents may be present in such dispersions. These include, for example but not limited to, other thermoplastic polymers such as polyethers, polyamides, polyvinyl chlorides and like thermoplastics, as well as crosslinking agents, opacifiers, thickeners, flame retardants, plasticizers and leveling agents.
Ein Beispiel einer solchen wässrigen Dispersion eines TPU ist das Produkt PERMUTEX® RU-43-019 der Firma Stahl. Dieses Produkt besitzt einen Feststoffanteil von 40%, einen Lösemittelanteil von 4.0% und eine Viskosität von 75 mPa·s.An example of such an aqueous dispersion of a TPU is the product PERMUTEX ® RU-43-019 Company steel. This product has a solids content of 40%, a solvent content of 4.0% and a viscosity of 75 mPa · s.
Generell liegt gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung der Feststoffanteil der wässrigen TPU-Dispersion in einem Bereich von 30–60 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 35–45 Gew.-%.In general, according to another embodiment of the invention, the solids content of the aqueous TPU dispersion in a range of 30-60 wt .-%, preferably in the range of 35-45 wt .-%.
Die wässrige TPU-Dispersion kann des Weiteren Lösungsmittel in einem Bereich von 2–10 Gew.-%, vorzugsweise in einem Bereich von 3–7 Gew.-%, enthalten, was die Erfindung ebenfalls vorsieht.The aqueous TPU dispersion may further contain solvent in a range of 2-10 wt.%, Preferably in a range of 3-7 wt.%, Which the invention also contemplates.
Geeignete Viskositäten der wässrigen TPU-Dispersion liegen typischerweise im Bereich von 60–90 mPa·s, vorzugsweise in einem Bereich von 70–80 mPa·s. Die Erfindung zeichnet sich in weiterer Ausgestaltung daher auch dadurch aus, dass die Viskosität der wässrigen TPU-Dispersion im Bereich von 60–90 mPa·s, vorzugsweise im Bereich von 70–80 mPa·s, liegt.Suitable viscosities of the aqueous TPU dispersion are typically in the range of 60-90 mPa.s, preferably in the range of 70-80 mPa.s. The invention is therefore characterized in another embodiment also in that the viscosity of the aqueous TPU dispersion in the range of 60-90 mPa · s, preferably in the range of 70-80 mPa · s.
In einer bevorzugten Ausführungsform zeichnet sich die Erfindung weiterhin dadurch aus, dass der Schmelzpunkt des matrixbildenden Bindemittels, vorzugsweise deutlich, unterhalb des Schmelzpunktes der strukturgebenden PET-Fasern, insbesondere unterhalb von 250°C, liegt.In a preferred embodiment, the invention is further characterized in that the melting point of the matrix-forming binder, preferably significantly, below the melting point of the structuring PET fibers, in particular below 250 ° C.
Hierbei ist es dann zudem besonders zweckmäßig, wenn die Umformungstemperatur des matrixbildenden Bindemittels, vorzugsweise deutlich, unterhalb der Schmelztemperatur der strukturgebenden PET-Fasern, vorzugsweise im Bereich von 175–245°C, liegt, was die Erfindung in Ausgestaltung ebenfalls vorsieht.In this case, it is also particularly expedient if the forming temperature of the matrix-forming binder, preferably significantly below the melting temperature of the structuring PET fibers, preferably in the range of 175-245 ° C, which the invention also provides in an embodiment.
Wie oben angegeben besteht in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das erfindungsgemäße Faservliesformteil umfassend strukturgebende PET-Fasern und ein matrixbildendes TPU-Bindemittel aus einer einzigen Schicht. Prinzipiell sind auch Kombinationen einzelner, verschiedenartig zusammengesetzter Schichten umfassend PET-Fasern und TPU möglich. Die PET-Faser-TPU-Bindemittel-Schichten zur Herstellung von Faservliesformteilen der vorliegenden Erfindung sind aber auch dazu geeignet, mit anderen, im Stand der Technik bekannten Formteilschichten kombiniert zu werden.As stated above, in a preferred embodiment of the present invention, the nonwoven molded article according to the present invention comprising structuring PET fibers and a matrix forming TPU binder from a single layer. In principle, combinations of individual, differently composed layers comprising PET fibers and TPU are also possible. However, the PET-fiber TPU binder layers for making non-woven fabric molded articles of the present invention are also suitable for being combined with other molding layers known in the art.
Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Faserformteils beinhaltet prinzipiell folgende Verfahrensschritte: in einem ersten Schritt werden zunächst die PET-Fasern bereitgestellt. Das bedeutet, dass sie entweder in loser, lockerer Form vorliegen können, oder aber, in bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in Form eines Vlieses oder einer anderen Art von Webstoff bereitgestellt werden. In einem zweiten Schritt werden die bereitgestellten PET-Fasern dann mit der wässrigen Dispersion eines TPUs derart in Kontakt gebracht, dass eine vollständige Benetzung der PET-Fasern erfolgt. Das bedeutet insbesondere, dass die PET-Fasern vorzugsweise vollständig von der wässrigen TPU-Dispersion umhüllt vorliegen.In principle, the process for producing the fiber molded part according to the invention comprises the following process steps: first, the PET fibers are provided in a first step. That is, they may either be in loose, looser form or, in preferred embodiments of the present invention, be provided in the form of a nonwoven or other type of woven fabric. In a second step, the PET fibers provided are then brought into contact with the aqueous dispersion of a TPU in such a way that complete wetting of the PET fibers takes place. This means in particular that the PET fibers are preferably completely enveloped by the aqueous TPU dispersion.
Das In-Kontakt-bringen beziehungsweise die Benetzung der strukturgebenden PET-Fasern mit der wässrigen TPU-Dispersion kann mittels im Stand der Technik bekannter Benetzungsverfahren erfolgen, beispielsweise in Rotogravure-, Draht- oder Spiralrakel-, Rotationsdruck- oder Walzdruckverfahren, oder aber auch durch Eintauchen der PET-Fasern, beispielsweise in Form eines Vlieses, in eine wässrige TPU-Dispersion, oder durch Aufstreifen oder Aufsprühen einer solchen Dispersion auf die PET-Fasern. Die Erfindung zeichnet sich in Ausgestaltung des Verfahrens daher dadurch aus, dass das Benetzen und/oder Umhüllender PET-Fasern mit der wässrigen TPU-Dispersion mittels Rotogravure-, Draht- oder Spiralrakel-, Rotationsdruck- oder Walzdruckverfahren, Eintauchen, Aufstreifen oder Aufsprühen erfolgt.The bringing into contact or the wetting of the structuring PET fibers with the aqueous TPU dispersion can take place by means of wetting methods known in the art, for example in rotogravure, wire or spiral doctoring, rotary printing or roller printing methods, or else by Immersion of the PET fibers, for example in the form of a nonwoven, in an aqueous TPU dispersion, or by coating or spraying such a dispersion on the PET fibers. The invention is characterized in an embodiment of the method therefore characterized in that the wetting and / or enveloping the PET fibers with the aqueous TPU dispersion by means of rotogravure, wire or Spiralrakel-, rotary printing or Walzdruckverfahren, immersion, coating or spraying.
Sobald das Bindemittel auf die Strukturfasern aufgetragen ist, kann das benetzte Produkt in ein thermisch-formgebendes Formwerkzeug eingeführt werden, in dem unter Wärmeeinfluss sowohl das Lösemittel der TPU-Dispersion entfernt wird als auch die vormalig dispergierten Polymerpartikel des Bindemittels formgebend miteinander verschmolzen werden. Bei dem verwendeten Formwerkzeug kann es sich um eine Form handeln, die die letztendlich gewünschte Form des Formteils im Zuge des Aufschmelzens und anschließenden Aushärtens dauerhaft auf das Faservliesformteilt überträgt. Verglichen mit mehrschichtigen Formteilen bewirkt das Formgeben des erfindungsgemäßen Faservliesformteils keine Läsion bereits fertig ausgebildeter Polymerschichten, da Bildung und Formgebung bei dem Faserformteil im Sinne der vorliegenden Erfindung simultan erfolgen. Durch die Ausübung von Druck, beispielsweise in Formpresswerkzeugen, kann die Dicke und Dichte des Faservliesformteils den Anforderungen entsprechend modifiziert werden. Da die Schmelztemperatur der im Sinne der vorliegenden Erfindung verwendeten PET-Fasern mit ungefähr 265°C deutlich oberhalb sowohl der Schmelz- als auch der Umformungstemperatur des TPU liegt, kann es bei der Umformung des Faserformteils nicht zu einer Verflüssigung und damit einhergehend zum Strukturverlust der PET-Fasern kommen.Once the binder has been applied to the structural fibers, the wetted product can be introduced into a thermoforming mold in which both the solvent of the TPU dispersion is removed under the influence of heat and the formerly dispersed polymer particles of the binder are shapingly fused together. The mold used may be a mold which permanently transfers the ultimately desired shape of the molding to the nonwoven molding in the course of fusing and subsequent curing. Compared with multilayer molded parts shaping the inventive nonwoven molded article causes no lesion of already finished polymer layers, since formation and shaping of the fiber molded article in the sense of the present invention occur simultaneously. By applying pressure, for example in compression molding tools, the thickness and density of the nonwoven molding can be modified according to requirements. Since the melting temperature of the PET fibers used in the context of the present invention at about 265 ° C is well above both the melting and the forming temperature of the TPU, it can not be in the forming of the fiber molding to liquefaction and concomitantly to the structural loss of PET Fibers are coming.
Ein Faservliesformteil, welches im Sinne der vorliegenden Erfindung unter Verwendung des Werkstoff PET in Form von Fasern und Ähnlichem als strukturgebende Komponente und TPU in Form einer wässrigen Dispersion als matrixbildende Komponente hergestellt wurde, ist insbesondere zur Abdeckung von Fahrzeugbodenbereichen oder -Radhäusern von Kraftfahrzeugen geeignet.A non-woven fabric shaped part, which was produced in the sense of the present invention using the material PET in the form of fibers and the like as a structuring component and TPU in the form of an aqueous dispersion as a matrix-forming component, is particularly suitable for covering vehicle floor areas or wheel houses of motor vehicles.
Insgesamt ermöglicht die Erfindung die kostengünstige Herstellung von Unterbodenverkleidungen für Kraftfahrzeuge, in dem es einen einschichtigen Aufbau dieser Unterbodenverkleidungen durch die Herstellung einer selbsttragenden Struktur ermöglicht. Hierbei bilden insbesondere in Form eines Vlieses gelegte Fasern aus Polyethylenterephthalat (PET), die Strukturfasern aus, die mit einem thermoplastischen Bindemittel, insbesondere einem thermoplastischen Polyurethan (TPU), möglichst vollständig benetzt und/oder umhüllt werden. Hierbei wird das thermoplastische Polyurethan vorzugsweise als wässrige Dispersion, also flüssig, aufgetragen, so dass in einem Gang eine Benetzung und/oder Umhüllung der PET-Faser erfolgen kann. Die Auslösung des Bindemechanismus erfolgt dann in einem üblichen thermoplastischen Formgebungsverfahren mittels welchem die nach ihrem Aushärten und Abkühlen dann vorliegende selbsttragende Struktur erzeugt wird. Mit einer solchermaßen die selbsttragende Struktur eines Faservliesformteils oder Faserformteils bildenden Struktur lässt sich die Substitution von Glasfasern als Strukturfasern und Polypropylen(PP)-Fasern oder Polyethylen(PE)-Fasern als Bindefasern erzielen. Bei dem flüssigen thermoplastischen Polyurethan (TPU) handelt es sich um einen flüssigen Stoff, oder ein flüssiges System, der/das in seiner thermoplastischen Eigenschaft einstellbar ist. Dadurch, dass das TPU auf die Fasern des Vlieses, aufgetragen wird, lassen sich die Eigenschafteen dieses Vlieses gezielt einstellen. Durch die benetzende und/oder umhüllende Auftragung des TPU auf die jeweiligen PET-Fasern bildet sich quasi eine zweite Haut auf der Oberseite der PET-Fasern, die dann als Matrix wirkt und sich ohne zusätzliche weitere Bindemittel oder Bindefasern bei Erreichen des entsprechenden Schmelztemperaturwertes zusammen mit den PET-Fasern zu der selbsttragenden Struktur miteinander verbindet. Mithilfe des thermoplastischen Polyurethans lässt sich der Schmelzpunkt eines derart hergestellten Faservlieses im Bereich zwischen 120°C bis 200°C einstellen. Das TPU-Bindemittel gibt dem aus dem mit TPU benetzten Faservlies hergestellten Faservliesformteil die notwendige Steifigkeit, eine gewünschte Flammenhemmung und eine ausreichende Hydrophobie.Overall, the invention enables the cost-effective production of underbody panels for motor vehicles, in which it allows a single-layer structure of these underbody panels by the production of a self-supporting structure. Here are formed in particular in the form of a nonwoven fibers of polyethylene terephthalate (PET), the structural fibers, which are wetted with a thermoplastic binder, in particular a thermoplastic polyurethane (TPU), as completely as possible and / or coated. In this case, the thermoplastic polyurethane is preferably applied as an aqueous dispersion, ie liquid, so that wetting and / or wrapping of the PET fiber can take place in one go. The triggering of the binding mechanism then takes place in a conventional thermoplastic molding process by means of which the self-supporting structure present after its curing and cooling is produced. With such a structure constituting the self-supporting structure of a nonwoven molded article or fiber molded article, the substitution of glass fibers as structural fibers and polypropylene (PP) fibers or polyethylene (PE) fibers as binder fibers can be achieved. The liquid thermoplastic polyurethane (TPU) is a liquid or liquid system that is adjustable in its thermoplastic nature. As a result of the fact that the TPU is applied to the fibers of the nonwoven, the properties of this nonwoven can be adjusted in a targeted manner. As a result of the wetting and / or enveloping application of the TPU to the respective PET fibers, virtually a second skin forms on the upper side of the PET fibers, which then acts as a matrix and, together with additional binder or binder fibers, reaches the corresponding melting temperature value the PET fibers to the self-supporting Structure interconnects. By means of the thermoplastic polyurethane, the melting point of a nonwoven fabric produced in this way can be set in the range between 120 ° C to 200 ° C. The TPU binder provides the necessary stiffness, desired flame retardancy, and hydrophobicity to the nonwoven molded article made from the nonwoven wetted nonwoven fabric.
Mit einer solchen selbstragenden Struktur lassen sich viele Unterbodenverkleidungen oder Faservliesformteile für Kraftfahrzeuge herstellen, die insbesondere durch einen einschichtigen Aufbau gekennzeichnet sind,. Ein solcher Strukturaufbau ersetzt textile Unterbodenverkleidungen, die bisher einen dreischichtigen Aufbau aufweisen, der aus einer straßenseitigen Steinschlagschicht, die aus der Kombination PET/PP (Polypropylen), einem darauf angeordneten Nadelvlies als Träger aus Glasfasern und/oder PP-Fasern sowie einem blechseitigen Abdeckvlies aus PET-Fasern besteht. Wie diese bekannten textile Unterbodenverkleidungen lässt sich auch die aus PET-Fasern mit einer TPU-Benetzung oder Umhüllung bestehende Schicht oder Vliesschicht in üblichen thermischen Formgebungsprozessen mit Hilfe von Formwerkzeugen, wie beispielsweise Plattenpressen, zu der gewünschten Form der textilen Unterbodenverkleidung oder des gewünschten Faservliesformteils oder des gewünschten Formteils verarbeiten und verpressen. Insofern sind die in dieser Anmeldung genutzten Begriffe „Faserformteil”, „Faservliesformteil” und „textile Unterbodenverkleidung” gleichbedeutend und gegeneinander austauschbar verwendet.With such a self-supporting structure can be produced many underbody panels or non-woven fabric parts for motor vehicles, which are characterized in particular by a single-layer structure. Such a structural design replaces textile underbody coverings, which hitherto have a three-layered structure consisting of a roadside stone impact layer consisting of the combination PET / PP (polypropylene), a needle felt arranged thereon as a carrier of glass fibers and / or PP fibers and a sheet-metal covering fleece Consists of PET fibers. Like these known textile underbody coverings, the layer or nonwoven layer consisting of PET fibers with a TPU wetting or covering can also be shaped into the desired shape of the textile underbody covering or of the desired nonwoven molding or of the desired nonwoven molding part in conventional thermal shaping processes with the aid of molding tools such as plate presses process and compress desired molding. In this respect, the terms used in this application "fiber molding", "nonwoven molding" and "textile underbody paneling" are synonymous and used interchangeable.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen ohne darauf beschränkt zu sein.Further embodiments of the invention will become apparent from the claims without being limited thereto.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 1283789 A1 [0005] EP 1283789 A1 [0005]
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- DE 202007004002 U1 [0008] DE 202007004002 U1 [0008]
Claims (13)
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Applications Claiming Priority (1)
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2015
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