DE2854544C2 - Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Integralschaum-Formteiles - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren entsprechend dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bekannt. Formteile aus Schaumkunststoffen herzustellen, indem ein Gemisch aus einem Isocyanat, einem Polyol und einem Aktivator in ein Formwerkzeug eingebracht wird, in welchem die Komponenten chemisch miteinander reagieren, und dabei unter gleichzeitiger Volumenzunahme die äußere Gestalt des gewünschten Formteiles ausbilden. Seine mechanischen Eigenschaften lassen sich weitgehend durch die Wahl der verwendeten Komponenten nach Qualität und Quantität vorherbestimmen. Daneben besteht allgemein die Regel, daß mit zunehmender Raumdichte verbesserte Festigkeitseigenschaften erhalten werden.

Man hat bereits versucht, die Festigkeitseigenschaften solcher Schaumformteile mit einem niedrigen Raumgewicht dadurch zu verbessern, daß Fasern oder Kasermatten in das verwendete Formwerkzeug eingelegt wurden, die während der nachfolgenden chemischen Reaktion eine unlösbare Verbindung mit dem sich bildenden Schaumkunststoff eingingen. Diese an sich naheliegende Methode hat sich doch in der Praxis insbesondere bei der Herstellung größerer Formteile nicht durchsetzen können, weil eine ausreichende Durchdringung und Benetzung nur auf sehr kurzen Strecken unter Verwendung sehr grob strukturierter Matten oder durch Beimischung sehr kurzer Fasern möglich ist. Die Einbettung solcher Fasern und Matten hat jedoch keinen nennenswerten Verfestigungseffekt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren im Hinblick auf die Herstellung großformatiger Formteile derart weiterzu- ι entwickeln, daß Matten aus sehr feinen Fasern mit einer einwandfreien Bindung in den Schaumstoff eingebettet werden können, wobei der prozentuale Gewichtsanteil der Fasersubstanz, bezogen auf die Substanz des Schaumstoffes, deutlich erhöht ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Maßnahmen des Patentanspruchs 1. Vorzugsweise werden dem Reaktionsgemisch 10 bis 20 Gew.-% des neutralen Esters zugesetzt, und dieser soll bei den üblicherweise verwende-' ten Reaktionsgemischen einen Siedepunkt von mehr als 200⁰C aufweisen.

Als besonders geeignet hat sich ein Zusatz eines Esters der Phthal- oder Stearinsäure des Butyl-, Benzyl- und/oder des Oktylalkohols erwiesen. Das Fließverhalten des Reaktionsgemisches, das besonders wichtig ist in Hinblick auf eine gute Durchdringung und Benetzung der eingelegten Fäden bzw. der Fasermattc läßt sich daneben ncchmals verbessern, wenn dem Ester zusätzlich weniger als 25% eines Epoxystearates zugesetzt werden, bezogen auf das Gewicht des Esters.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich ohne Schwierigkeiten Formteile mit einer Größe von mehr als 2 m herstellen, ohne daß mehrere Einfüllöffnungen oder Einfüllkanäle notwendig wären. Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich damit wesentlich von den bekanntgewordenen Verfahren, bei denen aufgrund des rapiden Viskositätsanstieges während der chemischen Reaktion des Polyurethanschaumes unter vergleichbaren Bedingungen ein Fließweg von nur wenigen Zentimetern erzielt wurde.

Bei einem anderen bekannten Verfahren hatte man in Hinblick auf eine Verbesserung der erzielten Fließwege vorgeschlagen, solche Komponenten zusammenzumischen, die nur langsam miteinander reagieren. Eine derartige Vorgehensweise führt jedoch zwangsläufig zu einer Vervielfachung der Aushärte- bzw. Formverweilzeiten. Eine wirtschaftliche Arbeitsweise ist mit diesem bekannten Verfahren nicht möglich.

Die bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen Formverweilzeiten unterscheiden sich nicht deutlich von denjenigen bei der Herstellung von Polyurethan-Hartschäumen, die ein besonders gutes Fließverhalten aufweisen. Sie liegen bei Werkstücken mit einer Größe von ca. 1600 mm in einer Größenordnung von 4 bis 5 min.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Einbettung sehr feinstrukturierter Fasermatten, beispielsweise die Einbettung von Glasvliesmatten mit einem Flächengewicht von 600 g/m², mit einer mittleren Faserstärke von 20 Mikrometer und mit einer Gesamtdicke des erhaltenen Werkstückes von weniger als 3 mm.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in seinen wesentlichen Merkmalen anhand der beispielhaften, nachfolgenden Darstellung näher erläutert:

Ein handelsübliches Integralhartschaumsystem aus !''ilyätherpolyoi und flussigem, rohem Diphenylmethanüiisocyanat, das mit Katalysatoren und Treibmittel versehen sein kann, und in diesem Zustand an sich nur

Fließsirecken von wenigen Zentimetern durch eine Matie aus Glasfasern erreicht, wird mit einem Zusatz eines Gemisches eines neutralen Esters der Phtalsäure mit Butylalkohol und eines Epoxystearates versetzt. Es können auch andere Ester verwendet werden, und zwar allein oder in Gemischen untereinander, sofern es sich um Ester handelt, deren Siedepunkte über der Reaktionstemperatur des verwendeten Reaktionsgemisches liegt.

Die Einhaltung dieses Merkmals ist vor allem deshalb wichtig, weil der Zusatz von Stoffen mit einem niedrigen Verdampfungspunkt während der chemischer. Reaktion des Gemisches zur Bindung der freiwerdenden Wärme und damit zu einem unerwünschten Kühleffekt führen würde. Eine unvollständige Aushärtung wäre davon die Folge.

Eine weitere Verbesserung läßt sich erzielen, wenn dem mit dem Ester versetzten Reaktionsgemisch zusätzlich ein geringer Anteil eines Epoxvstearates zugesetzt wird. In jedem Falle ergibt sich eine deutlich erkennbare, wesentliche Verbesserung des Fließverhaltens, und es werden ohne weiteres Fließwege durch eine verdichtete Fasermatte von mehr als 0,5 m erreicht. Das Reaktionsverhalten des verwendeten Reaktionsgemisches verändert sich durch den Zusatz des Esters und gegebenenfalls zusätzlich des Epoxystearates nicht erkennbar. Es ist dadurch möglich, die üblichen und bekannten Herstellungsmethoden unter Verwendung der bekannten Dosiereinrichtungen weiterhin zu verwenden. Auch ergeben sich keine Schwierigkeiten, wenn in die geöffnete Form eine vorgefertigte odedirekt eingezogene Folie eingebracht wird, die während der Treibphase des Reaktionsgemisches gegen die Formwandung gedrückt und dabei in eine feste Bindung zu dem Schaumstoff tritt. Die mechanischen Eigenschaften eines solchen Formteiles ergeben sich einerseits aus der Sandwich-Verbindung zu der oder zu den die Oberfläche abdeckenden Folien, die gegebenenfalls auch aus einem harten Werkstoff bestehen können, und aus der Lage und der gegenseitigen Verankerung der im Inneren des Schaumstoffes angeordneten Fasern. Optimale Festigkeitseigenschaften ergeben sich, wenn im Inneren des Schaumstoffes ein Vliesstoff aus sehr feinen Endlosfasern angeordnet ist, deren Richtung so festgelegt ist, daß sie die später zu erwartenden Belastungen in optimaler Weise auffangen.

Vollkommen richtungsunabhängige Festigkeitseigenschaften werden erhalten durch Verwendung eines Wirrfaservliesstoffes, dessen Faserstruktur keine bevorzugte Richtung erkennen läßt.

Durch die relativ vergrößerte Oberfläche der einsetzbaren sehr feinen Fasern wird eine gute Bindung zu dem Schaumstoff erhalten. Diese bewirkt infolgedessen bei der Durchführung des Verfahrens eine erheblich bessere Abstützung der einzelnen Faser als das bei der Verwendung relativ grobstrukturierter Fasern der Fall wäre.

Das Verfahren läßt die Herstellung großformatiger und kompliziert geformter Werkstücke zu, die bei einem geringen spezifischen Gewicht und einer dünnen Wandstärke besonders große Festigkeitseigenschaften haben müssen. Typische Anwendungsbeispiele bestehen in der Herstellung von Kofferschalen oder bei der Herstellung von Innenraumverkleidungen von KFZ, beispielsweise die Herstellung von Armaturenbrettern.

Das Verfahren läßt es zu, bis zu 40 Gew.-% sehr feine Fasern in den Schaumstoff einzubetten, und die mechanischen Eigenschaften insbesondere die Schlagzähigkeit und die Biegesteifigkeit der erhaltenen Werkstücke läßt sich dadurch in einen besonders weiten Rahmen sehr speziell definieren. Die erzielbare Rohdichte von Teilen, die nach dem Verfahren hergestellt sind, kann bei einer Wandstärke von 3—4 mm trotz der Einbettung der Glasfasern 0,5 betragen.

Das Verfahren gemäß der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung nimmt Bezug auf die Herstellung einer Halbschale zur Herstellung eines Reisekoffers, die bei einer Außenabmessung von 700 χ 500 mm eine Tiefe von 100 mm hat, die auf der Außenseite mit einer ABS-Folie mit einer Dicke von 0,8 mm beschichtet ist, und die eine Gesamtdicke von 4 mm hat.

F i g. I zeigt das zur Herstellung der Halbschale verwendete Formwerkzeug, bestehend aus dem Unterteil 1 und aus dem Oberteil 5. In das Unterteil ist die vorgeformte ABS-Folie 2 eingelegt, die die Innenfläche des Unterteiles vollständig abdeckt.

Auf die Oberseite der ABS-Folie ist ein Glasfaservliesstoffzuschnitt aus Endlosglasfasern mit einem Flächengewicht von 450 g/m² aufgelegt. Der Vlieszuschnitt ist in diesem Zustand vollkommen unverdichtet und unverfestigt, und er hat eine Gesamtstärke von ca. 8 bis 10 mm.

Etwa in die Mitte des solcherart vorbereiteten Formwerkzeuges wird anschließend das mit dem Zusatz versehene schäumfähige Reaktionsgemisch 4 in einer solchen Menge aufgegossen, daß bei Gewährleistung einer vollständigen Ausschäumung des gesamten Formhohlraumes die speziell gewünschte Schaumstruktur erhalten wird. Die Schaumstruktur ist insbesondere abhängig von dem spezifischen Enddruck, der sich in dem Formwerkzeug während der Reaktion einstellt. Dieser Druck läßt sich messen, und er kann durch Variation der jeweils eingegebenen Menge in der gewünschten Weise verändert werden.

Unmittelbar nach dem Eingießen des Reaktionsgemisches wird das Formoberteil 5 auf das Formunterteil ί abgesenkt, wobei das zunächst sehr offene Glasfaservlies auf eine Gesamtdicke von ca. 3 mm verdichtet wird. Dieser Zustand ist in der Fig. 2 dargestellt. Als Folge der ablaufenden chemischen Reaktionen des Reaktionsgemisches setzt nunmehr der Schäumvorgang ein, und der sich bildende Schaumstoff füllt die gesamten verbliebenen Hohlräume innerhalb des Formwerkzeuges aus, wobei die ABS-Folie unter Fixierung der endgültigen Gestalt fest gegen die Innenwandung des Formunterteiles 1 gepreßt wird.

Nach einer Aushärtungszeit von 4 bis 5 Minuten ist die ablaufende chemische Reaktion im wesentlichen abgeschlossen, und das Formwerkzeug kann wiederum geöffnet werden. Der Verfahrensschritt ist in der F i g. 3 dargestellt. Die fertige Kofferhalbschale 6 kann aus dem Formunterteil 1 entnommen und der weiteren Bearbeitung zugeführt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentanbpruche:

   1 Verfahren zur Herstellung eines insbesondere dünnwandiger, und großformatigen Formteils aus faserverstärktem Integralschaum, bei dem eine Fasermatte und ein Reaktionsgemisch aus Polyol Isocyanat und gegebenenfalls weiteren Zusätzen in ein Formwerkzeug eingebracht werden, worauf die verbleibenden Hohlräume unter Ausbildung der Gestalt des fertigen Formteils parallel zu dem Ablaufen der chemischen Reaktion mit dem Integralschaum gefüllt werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Matte aus sehr feinen Fasern, deren Gewicht bis zu 40% des fertigen Integralschaumstoffteils beträgt, mit dem Reaktionsgemisch unter Zusatz eines neutralen Esters, dessen Siedepunkt oberhalb der Reaktionstemperatur des Reaktionsgemisches liegt, als Netzmitte! getränkt wird, wobei unter Aufschäumen des Reaktionsgemisches die Feinstfasermatte in das Integralschaumformteil eingebettet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reaktionsgemisch 10 bis 20 Gew.-% eines neutralen Esters zugesetzt werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zugesetzte Ester einen Siedepunkt von mehr als 200⁰C aufweist.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ester der Phthal- oder Stearinsäure des Butyl-, Benzyl- und/oder des Oktylalkohols zugesetzt wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gemisch zusätzlich zu dem Ester maximal 25% eines Epoxystearates zugesetzt werden, bezogen auf das Gewicht des Esters.