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Die Erfindung betrifft ein Verbundmaterial auf Vliesstoffbasis, bestehend aus mindestens einer ersten und einer zweiten, übereinander angeordneten Lage in vertikaler Schlaufen gelegter Vliesstoffbahnen, die jeweils auf einer Mischung von Stapelfasern, welche Bindefasern enthält, basieren gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Fahrzeuginnenraum-Verkleidungsmaterial, bestehend aus einem Verbundmaterial auf Vliesstoffbasis gemäß Anspruch 10.
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Verbundmaterialien, insbesondere zur Anwendung im Fahrzeugbau, gehören zum Stand der Technik. Bekannt sind hier auch Verbundmaterialien, bei denen zwei oder mehr Lagen voluminöser Vliesstoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften verbunden werden, um eine Anpassung an den jeweiligen Verwendungszweck zu gestatten.
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Bei derartigen Vliesstoffen kann ein Faserflor vertikal in Schlaufen gelegt werden oder es wird ein kreuzgelegter Faserflor mechanisch oder thermisch verfestigt. In vertikale Schlaufen gelegter Vliesstoff kann nach dem sogenannten Struto- oder V-Lap-Verfahren hergestellt werden.
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Die einzelnen Lagen unterscheiden sich beispielsweise in ihrer Steifigkeit oder Härte, was durch unterschiedliche Faserorientierung, unterschiedliche Materialzusammensetzungen und/oder durch verschieden gestaltete Prozessbedingungen vorgebbar ist.
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Bekannt ist darüber hinaus, eine oder beide Oberflächenseiten eines derartigen Verbundes mit einem Abdeckvlies bzw. einem Dekormaterial zu versehen.
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Beispielsweise zeigt die
WO 0059716 A1 ein Verbundmaterial für den sogenannten Dachhimmel bei Fahrzeuganwendungen. Eine erste Lage variabler Dicke wird nach dem Struto-Verfahren realisiert und enthält beispielsweise 50 % Bikomponentenfasern und 50 % PES-Fasern. Eine zweite oder optional eine dritte Lage dient den Erreichen einer höheren Steifigkeit. Hier kommt Nadelvlies zur Anwendung, das zum Beispiel aus 50 % Bikomponentenfasern und 50 % PES-Fasern besteht. Als Abdeckvlies kann Malivlies oder aber auch eine Klebelage Anwendung finden.
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Der eigentliche Verbund wird durch Vernadeln und/oder Verkleben ausgebildet.
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Bei der
WO 2002/009089 A1 kommt vertikal gelegtes Vlies oder kreuzgelegtes Thermovlies bzw. Nadelvlies zum Einsatz. Das Vlies selbst wird stark komprimiert, wobei hierfür auf die Technologie der Flachbettkaschierung zurückgegriffen wird. Für die Sichtseite, die in diesem Falle als zweite Lage ausgebildet ist, wird der Anteil an Bikomponentenfasern reduziert, um eine verbesserte Optik zu erhalten.
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Im dortigen Beispiel besteht der Verbund aus zwei Lagen Nadelvlies und zusätzlichem Abdeckvlies. Die erste Lage besteht aus 30 % Bikomponentenfasern mit 2 dtex, 180 g/m2. Die zweite Lage besteht ausschließlich aus Bikomponentenfasern, 2 dtex und 300 g/m2. Das Abdeckvlies ist als PES-Material mit PP-Pulverbeschichtung realisiert.
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Bezüglich eines Mehrlagenaufbaus für Kraftfahrzeugsitze sei noch auf die
EP 2 008 963 A1 aufmerksam gemacht. Dort werden zwei identische, nach dem Struto-Verfahren geschaffene Lagen übereinander gelegt und mit Wasserdampf kaschiert. Die Lagen werden dann orthogonal zueinander gefalten. Beide Lagen sind unterschiedlich in ihrer Festigkeit bzw. Härte, und zwar bedingt durch eine unterschiedliche Temperaturverteilung beim Kaschiervorgang. Alle Lagen bestehen aus dem gleichen Fasermaterial.
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Letztendlich zeigt die
DE 29812401 U1 einen nach dem Struto-Verfahren vertikal gelegten Vliesstoff mit beidseitiger Abdeckung in Form eines Flachvlieses oder eines Dekormaterials. Eingesetzt werden 10-90 % Bindefasern oder Bikomponentenfasern in einer Mischung mit beliebig anderen Fasermaterialien. Die Flächenstabilität ist gering bei einer relativ hohen Dehnung. Über eine Kaschierung mit dem erwähnten Flachvlies kommt es zu einer Stabilisierung des Materials.
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Aus dem Vorgenannten ist es Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes Verbundmaterial auf Vliesstoffbasis anzugeben, das einerseits eine hohe Steifigkeit und Formstabilität besitzt und andererseits aber auch eine voluminöse Lage enthält, die in der Lage ist, eine optimale Wärme- und Geräuschdämmung zu erreichen. Das Verbundmaterial soll also im Vergleich zum Stand der Technik eine bessere Schallabsorption über einen breiten Frequenzbereich ermöglichen und diesbezüglich im Vergleich zu einer reinen Aggregation deutliche Verbesserungen schaffen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verbundmaterial auf Vliesstoffbasis, bestehend aus mindestens einer ersten und einer zweiten, übereinander angeordneten Lage in vertikale Schlaufen gelegter Vliesstoffbahnen gemäß Anspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen. Weiterhin besteht die Erfindung in der Schaffung eines Fahrzeuginnenraum-Verkleidungsmaterials gemäß der Lehre nach Anspruch 10.
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Es wird demnach von einem Verbundmaterial auf Vliesstoffbasis ausgegangen, welches aus mindestens einer ersten und einer zweiten Lage übereinander angeordneter, in vertikale Schlaufen gelegter Vliesstoffbahnen besteht. Die Vliesstoffbahnen basieren jeweils auf einer Mischung von Stapelfasern, welche Bindefasern enthält.
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Erfindungsgemäß besteht die erste Lage aus einem vertikal gelegten Vliesstoff, welcher einen Anteil von Bindefasern > 70 % bezogen auf die Gesamtmischung aufweist. Bevorzugt ist hier der Anteil von Bindefasern nahe oder bei 100 %.
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Die zweite Lage besteht ebenso aus einem vertikal gelegten Vliesstoff. Der Anteil der Bindefasern ist hier jedoch im Wesentlichen kleiner als 50 %.
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Der Verbund der Lagen wird durch Verkleben mittels eines Druck-Temperatureinwirkungsprozesses realisiert.
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Die Bindefasern sind als Kern-Mantel-Bikomponentenfasern in zweckmäßiger Weise ausgebildet.
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Die Bindefasern der ersten Lage weisen einen niedrigeren Schmelzpunkt als die Bindefasern der zweiten Lage auf.
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Dabei liegt der Unterschied im Schmelzpunkt der Bindefasern zwischen den Lagen im Bereich gleich oder größer 20°C.
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Bevorzugt weist die erste Lage Fasern mit einer Feinheit von < 4 dtex und/oder die zweite Lage Fasern mit einer Feinheit von > 3 dtex auf.
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Der Verbund kann mindestens eine weitere Lage eines vertikal gelegten Vliesstoffes umfassen und/oder es kann mindestens eine der Außenseiten des Verbundes mit einem Abdeckmaterial versehen werden.
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Mindestens eine Lage kann eine Beschichtung aufweisen, bestehend aus einem thermoplastischen Material.
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Zwischen den mindestens zwei Lagen des Verbundes kann eine Klebelage, insbesondere ein Klebeweb, angeordnet werden.
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Erfindungsgemäß bestehen mindestens Teilmengen der Fasern aus einem Recycling-Material.
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Das erfindungsgemäße Fahrzeuginnenraum-Verkleidungsmaterial besteht aus einem Verbundmaterial mit den Eigenschaften wie oben erläutert.
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Das Verbundmaterial für Innenraumverkleidung kann im Automobilbereich, zum Beispiel für den Gepäckraum, für den Dachhimmel oder für Türinnenverkleidungen Verwendung finden.
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Weiterhin kann das Verbundmaterial auch für alle anderen Akustikanwendungen, zum Beispiel im Bereich der Auskleidung von Lautsprecherboxen, eingesetzt werden.
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Wie bereits erläutert, umfasst das erfindungsgemäße Verbundmaterial mindestens zwei Lagen von in vertikale Schlaufen gelegten Vliesstoffen.
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Diese mindestens zwei Lagen werden separat hergestellt, indem eine Mischung aus Stapelfasern, welche Bindefasern enthält, mittels Krempeln zu einem längsgelegten Faserflor verarbeitet wird.
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Dieser Faserflor wird dann in vertikale Schlaufen gelegt und anschließend bei entsprechender Temperatureinwirkung thermisch verfestigt.
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Hierbei schmelzen die Bindefasern mindestens teilweise. Beim Abkühlen kommt es zu einem Verkleben der Fasern an sogenannten Kreuzungspunkten.
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Als Bindefasern kommen bevorzugt Kern-Mantel-Bikomponentenfasern zum Einsatz, bei der die Komponente im Mantel einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist, als die Komponente im Kern, so dass bei der Verfestigung nur der Mantel angeschmolzen oder aufgeschmolzen wird, während der Kern in seiner Faserform erhalten bleibt.
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Für die Realisierung eines derartigen technologischen Ablaufes kann auf die sogenannten Struto- oder V-Lap-Verfahren zurückgegriffen werden.
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Durch die überwiegend vertikale Ausrichtung der Fasern sind derartige Vliesstoffe durch ein sehr gutes Wiedererholungsvermögen nach einer Druckbelastung gekennzeichnet. Das Material ist insofern also bestrebt, seine ursprüngliche Dicke wiederherzustellen.
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Die Ausbildung des erfindungsgemäßen Verbundes erfolgt erfindungsgemäß einstufig durch Stapeln bzw. Übereinanderlegen der einzelnen Lagen und anschließendes Verpressen unter Druck-Temperatureinwirkung.
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Eine technologische Alternative besteht darin, die gestapelten Lagen auf eine höhere Temperatur vorzuwärmen und anschließend in kalten Werkzeugen einer Verpressung zu unterziehen. Hierdurch verkleben die eingesetzten Lagen durch die im Material enthaltenen Bindefasern. Eine zusätzliche mechanische Verbindung der Lagen, beispielsweise durch Vernadeln, kann entfallen.
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Die erste erfindungsgemäße Lage wird aus einem vertikal gelegten Vliesstoff gebildet, der einen Anteil von > 70 %, bevorzugt 100 % an Bindefasern enthält.
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Die zweite Lage wird aus einem weiteren, vertikal gelegten Vliesstoff bereitgestellt, der einen Anteil von < 50 % Bindefasern aufweist.
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Im Ergebnis weist die erste Lage eine hohe Härte und Steifigkeit auf, was dem Gesamtverbund eine gute Formstabilität verleiht.
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Ein vertikal gelegtes Material mit einem sehr hohen Bindefaseranteil zeigt darüber hinaus eine sehr starke Verringerung der Dicke während der thermischen Verfestigung, wodurch insgesamt ein Material mit einer relativ hohen Rohdichte und hohen Strömungswiderstand entsteht.
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Die erfindungsgemäße zweite Lage ist hingegen weich und voluminös mit einer niedrigeren Rohdichte.
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In einer Realisierungsform der Erfindung wird bevorzugt für die beiden Lagen auf unterschiedliche Bindefasern zurückgegriffen, wobei die Bindefasern der ersten Lage einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweisen als die Bindefasern der zweiten Lage.
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Bei dieser Ausführungsform wird vorteilhaft während des Verpressens eine Temperatur eingestellt, die oberhalb der Schmelztemperatur der ersten Bindefaser und unterhalb der Schmelztemperatur der zweiten Bindefaser liegt.
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Um eine gezielte Einstellung der Temperatur zu gewährleisten, soll der Unterschied der Schmelztemperaturen im Bereich von mindestens 20°C liegen.
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Durch diese Temperatureinstellung werden die Bindefasern der ersten Lage geschmolzen oder angeschmolzen, wodurch sich diese erste Lage beim Verpressen komprimieren lässt. Durch das Komprimieren wird die Dichte und der Strömungswiderstand der Lage weiter erhöht.
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Nach dem Erkalten werden die Fasern in ihrer Lage fixiert.
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Die Bindefasern der zweiten Lage werden hingegen nicht geschmolzen oder angeschmolzen. Die Rückstellkräfte bleiben in dieser Lage des Verbundes somit erhalten, so dass die Lage nicht oder nur wenig komprimiert wird und die Dicke bzw. das Volumen dieser Lage weitgehend bestehen bleibt.
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Im Ergebnis entsteht ein Verbundmaterial, das zum einen eine hohe Steifigkeit und Formstabilität besitzt und gleichzeitig auf einer Seite eine voluminöse Lage enthält, welche aufgabengemäß die Wärme- und Geräuschdämmung erheblich verbessert.
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Die Kombination aus einer Lage mit einer hohen Dichte und einer Lage mit einer niedrigeren Dichte bewirkt eine deutlich bessere Schallabsorption über einen sehr breiten Frequenzbereich.
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Für die erste Lage werden bevorzugt Fasern mit einer relativ niedrigen Feinheit, beispielweise < 4 dtex eingesetzt, um einen möglichst dichten und steifen Vliesstoff zu schaffen.
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Bevorzugt enthält die zweite Lage hingegen Fasern mit einer relativ hohen Feinheit, beispielsweise > 3 dtex. Gröbere Fasern weisen insofern eine höhere Biegesteifigkeit auf, was der für diese Lage unerwünschten Komprimierung entgegenwirkt.
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Ausgestaltend kann der Verbund auch noch weitere Lagen eines vertikal gelegten Vliesstoffes enthalten.
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Ebenfalls optional kann eine oder können beide Außenseiten des Verbundes durch ein Dekormaterial oder ein andersartiges Abdeckmaterial abgedeckt werden.
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Ein solches Dekor- bzw. Abdeckmaterial kann ein bekanntes Nadelvlies, Wasserstrahlvlies, Thermovlies, Bindervlies, Malivlies, Maliwatt oder ein anderes Flächengebilde sein.
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Bei der Anwendung derartiger Abdeckmaterialien werden bevorzugt alle Lagen in einem einzigen Arbeitsschritt durch entsprechendes Verpressen bei gewählter Temperatur miteinander verbunden.
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Wenn gewünscht, besteht die Möglichkeit, die Haftung zwischen den einzelnen Lagen zu verbessern. Diesbezüglich kann optional eine oder können mehrere der Lagen eine Beschichtung aus einem thermoplastischen Material aufweisen. Hier kann zum Beispiel eine Pulverbeschichtung oder ein Hotmelt-Auftrag vorgenommen werden. Ebenfalls besteht die Möglichkeit, eine zusätzliche Klebelage anzuordnen, beispielsweise unter Verwendung eines Klebeweb.
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Damit ein Recycling von Produktionsabfällen oder für entsprechend ausgestalteten Bauteilen nach deren Nutzung möglich wird, besteht der komplette Verbund bevorzugt aus gleichartigen Materialien bzw. kompatiblen Materialien, zum Beispiel Polyester. Auch besteht die Möglichkeit, die eingesetzten Fasern aus Recycling-Material zu erhalten.
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In vorteilhafter, aber nicht zwingender Weise, zeigt die weiche Seite bei der Anwendung im Automobilbereich zur Rückseite bzw. Karosserieseite. Die steife Seite bildet die Sichtseite zum Innenraum, was einen Unterschied zum Stand der Technik darstellt.
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Die weiche und noch komprimierbare Seite ist daher in der Lage, vorhandene Unebenheiten bzw. Dickenunterschiede im Untergrund auszugleichen und sich entsprechend anzupassen, so dass bei der Anwendung eines derartigen Verbundmaterials ein sehr ansprechender und ästhetischer optischer Eindruck entsteht.
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Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.
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Die erste, steife Lage des Verbundmaterials besteht aus einer Fasermischung aus 100 % Kern-Mantel-Bikomponentenfasern mit einer Feinheit von 2,2 dtex.
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Das Kernmaterial ist hier PET. Der Mantel besteht aus Copolyester mit einem Schmelzpunkt von 110°C.
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Diese Fasermischung wird mittels Krempeln zu einem längsgelegten Faserflor verarbeitet und dann mittels V-Lap-Verfahren in vertikale Schlaufen gelegt und anschließend mittels Heißluft thermisch verfestigt. Es entsteht ein Material mit einem Flächengewicht von 940 g/m2, einer Dicke von ca. 12 mm, einer Rohdichte von 77 kg/m3 und einer Stauchhärte von 4,4 kPa.
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Die weiche, zweite Lage besteht aus einer Fasermischung von 30 % Kern-Mantel-Bikomponentenfaser mit einem Kern aus PET und einem Mantelmaterial aus Copolyester mit einem Schmelzpunkt von 160°C und 7,0 dtex. Weiterhin enthält die Mischung 50 % Polyester in Form eines Recyclates mit 7,0 dtex, 20 % Polyester als Recyclat mit 3,3 dtex.
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Die weitere Verarbeitung erfolgt wie bei der ersten Lage zu einem vertikal gelegten Vliesstoff. Die zweite Lage weist ein Flächengewicht von ca. 360 g/m2, eine Dicke von 15 mm, eine Rohdichte von 24 kg/m3 und eine Stauchhärte von 1,5 kPa auf.
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Für die Abdeckung der Rückseite kommt ein längsgelegtes Thermovlies aus 100 % Polyester mit 1,7 dtex, weiß, zum Einsatz. Das längsgelegte Thermovlies besitzt ein Flächengewicht von 25 g/m2. Außerdem erfolgt eine Pulverbeschichtung mit 20 g/m2 Copolyester-Pulver, das einen Schmelzpunkt von 102°C aufweist.
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Die Sichtseite wird mit einem kreuzgelegten Nadelvlies aus 100 % Polyester, 1,7 dtex, schwarz, mit einem Flächengewicht von 60 g/m2 abgedeckt.
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Die vier Vliesstoffmaterialien werden dann in der Reihenfolge Abdeckung Sichtseite, erste Lage, zweite Lage und Abdeckung Rückseite übereinandergelegt und mit einer Heißpresse zu einem Verbundmaterial verpresst. Dabei erfolgt in einem ersten Schritt ein Verpressen bei 150°C mit einem Druck von 100 bar. Dieser erste Schritt dauert ca. 90 s an. Danach erfolgt ein zweiter Schritt, der 15 s andauert. Bei diesem zweiten Schritt beträgt die Temperatur ca. 150°C und es wird unter einem Druck von 150 bar verpresst.
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Beim Pressvorgang wird der cirka 27 mm dicke Gesamtverbund auf cirka 10 mm komprimiert. Nach dem Erkalten entspannt sich der Vebund wieder auf cirka 18 mm. Dabei wird nur die erste Lage von 12 mm auf 3 mm komprimiert, während die zweite Lage ihre ursprüngliche Dicke von 15 mm beibehält.
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Die Messung der Stauchhärtewerte erfolgt nach DIN EN ISO 3386-1: 2015. Die Dicke entspricht der Ausgangsdicke bei dieser Prüfung. Die Rohdichte entspricht dem Quotienten aus Flächengewicht und Dicke.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 0059716 A1 [0006]
- WO 2002/009089 A1 [0008]
- EP 2008963 A1 [0010]
- DE 29812401 U1 [0011]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN EN ISO 3386-1: 2015 [0071]