DE3014086A1

DE3014086A1 - Schichtstoffplatte und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE3014086A1
Application number: DE19803014086
Authority: DE
Inventors: Roy B Parker
Original assignee: Albany International Corp
Current assignee: Gates Formed Fibre Products Inc
Priority date: 1979-04-20
Filing date: 1980-04-12
Publication date: 1980-11-06
Also published as: FR2454366A1; SE8002880L; GB2047619B; FR2454366B1; ES8200416A1; NL8000700A; IT1207107B; JPS5613160A; US4199635A; SE448613B; BE882871A; NL188274B; ES490751A0; GB2047619A; CA1121142A; IT8048472A0; NL188274C

Description

Schichtstoffplatte und Verfahren zu de^en Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf dekorative Sciicntstoffglatter, cad insbesondere Laminate aus Textilmaterial mit einer dekorativen Textiloberflache.

Aus der US-PS 3 307 990 sind bereits Schichtsteffplatten aus Taxtilmaterial bekannt geworden, die als Substrat für eine Textiloberf lache verwendet wurden. Solche Platten können z.B. als Innenverkleidungen von Fahrzeugtüren eingesetzt werden. Bei diesen bekannten Platten wurde die Textiloberflache mittels einer Zwischenschicht aus Klebstoff auf das Substrat aufgebracht. Diese bekannten Schichtstoffplatten waren jedoch nicht absolut zufriedenstellend hinsichclich ihrer strukturellen Stabilität und insbesondere hinsichtlich ihres Widerstandes gegen ein Lösen der einzelnen Schichten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schichtstoffplatten zu schaffen, die eine hohe strukturalle Stabilität aufweisen, höchst widerstandsfähig gegen ein Lösen der einzelnen Schichten sind, und die schlagfest, jedoch trotzdem nachgiebig sind. Dies ist besonders wichtig bei der Verwendung für Innenverkleidungen von Kraftfahrzeugen im Hinblick auf die erwünschte innere Sicherheit.

Diese Aufgabe wird erfindungsyemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs T gelöst.

Der Kern aus nichtverwebten synthetischen Textilfasern erhöht die Masse oder das Volumen der Platte und ergibt eine festere Stru.'ctur. Mit der ersten Schicht aus hitzeverschweißten synthetischen thermoplastischen Textilschmelzfasern wird eine ebene Struktur erzeugt, die zu einer erhöhten Steifigkeit in der Ebene der Platte beiträgt. Die zweite Schicht, die von einem Film aus synthetischem Polymerharz gebildet wird, ist luft- und feuchtigkeitsundurchlässig· Die Lage aus nichtverwebten Textilfasern verbessert

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BAD ORIGINAL

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die strukturelle Stabilität, nachdem sie mit der zweiten Schicht vernadelt wurde. Der dekorative Textilstoff schließlich ergibt das gewünschte Aussehen und erhöht außerdem aufgrund seiner Verankerung mit der ersten Schicht die Festigkeit der fertigen Platte.

Verglichen mit dem vorher erwähnten Stand der Technik haben die erfindungsgemäßen Schichtstoffplatten unter anderem den Vorteil, daß sie nur wenig Gase entwickeln. Da bei der Herstellung keine Klebstoffe verwendet werden, ist die Herstellung weniger gefährlich, da die durch die Lösungsmittel von Klebstoffen hervorgerufenen Gefahren entfallen.

Die erfindungsgemäßen Platten sind insbesondere brauchbar als innere Wand- oder Türverkleidungen von Kraftfahrzeugen, Booten, Flugzeugen und dgl., jedoch sind sie nicht auf diese Anwendungsbeispiele beschränkt.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine auseinandergezogene Darstellung, aus der die einzelnen Schichten und Lagen einer erfindungsgemäßen Schichtstoff platte ersichtlich sind;

Fig. 2 einen Querschnitt einer Schichtstoffplatte;

Fig. 3 eine Darstellung im vergrößerten Maßstab der einander zugewandten Schichten der in Fig. 2 dargestellten Platte;

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer inneren Tunnelverkleidung eines Kraftfahrzeuges;

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Fertigungsstraße für die Herstellung von erfindungsgemäßen Schichtstoff-Formteilen, und

Fig. 6 einen Längsschnitt durch die Pressen-Station der in Fig. 5 gezeigten Fertigungsstraße.

Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Platte 10, wobei die verschiedenen Schichten zur besseren

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Ansicht auseinandergezogen sind. Die Platte 10 weist eine äußere Textilstoffschicht 12 auf, die eine dekorative Oberfläche bildet und mit der benachbarten Schicht 16 aus thermoplastischen Textilfasern verschmolzen ist. Die äußere Schicht 14 auf der anderen Seite der Platte kann ein Film aus Polymerharzen sein, ist jedoch vorzugsweise ein weicher Textilstoff, der mit einer zweiten Schicht 20 verschmolzen ist. Die Schicht 20 kann ebenfalls ein Film aus einem Polymerharz sein, hat jedoch vorzugsweise die gleiche Zusammensetzung wie die erste Schicht 16. Zwischen diesen Schichten ist ein Kern 18 aus nichtverwebten Textilfasern angeordnet. Alle Schichten 12, 14, 16, 18 und 20 werden durch Hitze und Druck konsolidiert, um ein integriertes Laminat zu erhalten, das eine hohe Festigkeit aufweist, gegen ein Lösen der einzelnen Schichten widerstandsfähig ist und ästhetisch ansprechend ist.

Zum besseren Verständnis, wie die Schichten 12, 14, 16, 18 und miteinander zu der konsolidierten Schichtstoffplatte 10 verbunden werden, sei nun auf Fig. 5 Bezug genommen, in der eine Fertigungsstraße für das in Fig. 4 gezeigte Formteil 30 in schematischer Darstellung dargestellt ist.

Der erste Verfahrensschritt besteht darin, daß auf ein Förderband 3, das durch Antriebsräder 4 und 5 weiterbewegt wird, eine Bahn 16 aus gewebten, gewirkten oder auch nichtverwebten thermoplastischen synthetischen hxtzeverschmelzbaren Fasern aufgelegt wird. Repräsentativ für solche Fasern sind Stapelfasern aus Polyolefinen wie Polyäthylen, Polypropylen und dgl. Repräsentativ für die Bahn 16 sind nichtverwebte Bahnen aus Polypropylen-Stapelfasern. Vorzugsweise hat die Bahn 16 ein Gewicht zwischen etwa 200 bis

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700 g/m und eine Dicke zwischen etwa 3 und 12 mm. Die Bahn 16 wird unter eine Abfüllstation 7 gebracht, in der lose, unkonsolidierte synthetische Textilfasern 18 schichtweise auf die obere ebene Fläche der Bahn 16 aufgebracht werden. Vorzugsweise sind die synthetischen Fasern 18 Abfallfasern von zerrissenen Textil-

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Stoffen. Die synthetischen Fasern 18 werden der Abfüllstation 7 durch ein Rohr 8 von einem Reißwolf 9 zugeführt, der in der Lage ist, Abfall-Textilien zu Fasern 18 zu zerkleinern. Während des Vorschubs der Bahn 16 mit den darauf abgelegten Fasern 18 mittels des Förderbandes 3 wird eine zweite Bahn 20 aus gewebten oder nichtgewebten synthetischen thermoplastischen schmelzbaren Fasern 20 auf die Fasern 18 aufgelegt, so daß diese zwischen den Bahnen 16 und 20 eingeschlossen sind. Die Bahn 20 kann die gleiche Zusammensetzung wie die Bahn 16 haben oder alternativ von einem Film aus schmelzbarem synthetischem thermoplastischem Harz, wie einem Film aus Polyäthylen oder Polypropylen, bestehen. Solche Filme werden vorzugsweise in einer Dicke zwischen 0,5 und 1,5 mm verwendet. Die Sandwich-Struktur, bestehend aus den Schichten 16, 18 und 20, wird nun weiter befördert und durch einen Textilnadelstuhl 11 geführt, in dem die Schichten 16, 18 und 20 konsolidiert und integriert werden. Eine Beschreibung von brauchbaren Nadelungstechniken ist beispielsweise in den US-PS 2 059 132, 2 910 763 und 3 684 284 zu finden. Vorzugsweise erfolgt das Nadeln in einem einzigen Durchgang mit 32er mehrhakigen Nadeln, die in einer Dichte zwischen 46 bis 187 Nadeln pro Zoll angeordnet sind. Die sich ergebende konsolidierte Bahn aus den miteinander verbundenen Schichten 16, 18 und 20 erhält nun auf ihrer Oberfläche, d.h. auf der Oberfläche der Bahn 20, ein Bausch 14, d.h. eine leicht verfilzte Lage, aus nichtverwebten Textil-Stapelfasern. Der Bausch 14 hat vorzugsweise ein Ge-

2 wicht von zwischen etwa 200 bis 700 g/m und eine Dicke zwischen etwa 3 bis 12 mm. Die zusammengesetzte Bahn aus den Schichten 16, 18 und 20, welche den Bausch 14 an ihrer Oberfläche trägt, wird nun einer zweiten Nadelungsoperation unterzogen, indem sie zweimal durch einen Nadelstuhl 17 geführt wird, in dem der Bausch 14 mit der Schicht 20 verbunden wird.

Es ist wichtig, daß in diesem Verfahrensschritt nur der Bausch 14 und die Schicht 20 miteinander verbunden werden, damit das Produkt die nötige Nachgiebigkeit beibehält. Die nun sich ergebende

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zusammengesetzte Bahn 19 wird nunmehr umgekehrt und durch einen Ofen 21 geführt, wobei sich der Bausch 14 auf der Unterseite befindet. In dem Ofen 21 wird die Temperatur der Bahn 19 auf oder geringfügig über die Erweichungstemperatur der synthetischen, verschmelzbaren Fasern oder Filme in den Schichten 16 und 20 erhöht. Unmittelbar nachdem die wärmebehandelte zusammengesetzte Bahn 19 den Ofen 21 verläßt, wird ein dekorativer Textilstoff 12 auf die Oberfläche der Schicht 16 aufgebracht. Der Textilstoff kann ein gewebter oder gewirkter Stoff sein. Repräsentativ für solche Textilien sind Frottier-Gewebe, wie sie in der US-PS 3 187 782 beschrieben sind, oder Flor-Gewebe gemäß der US-PS 2 110 866. Der Textilstoff 12 sollte ein Gewicht zwischen 150 bis 180 g/m haben. Die mit dem Textilstoff 12 bedeckte Bahn 19 wird, während sie noch warm ist, sofort in eine Laminatpresse 23 geführt, um die Bahn 19 in die gewünschte Form zu pressen und gleichzeitig auf die gewünschte Größe zu schneiden, um das Produkt 30 zu erhalten.

Aus Fig. 2 kann man die Anordnung der Schichten 12, 14, 16, 18 und 20 vor dem Zusammenfügen in der Presse 23 sehen. Die trichterförmigen Gebilde in den Schichten 14, 18 und 20 sollen die genadelten Faserstrukturen innerhalb der konsolidierten Schichten und die Nadelungen repräsentieren, welche diese Schichten strukturell miteinander verbinden. Aus Fig. 2 geht auch hervor, daß einige, jedoch nicht alle Schichten miteinander verwendet sind. Es ist anzunehmen, daß diese besondere Konstruktion teilweise für die vorteilhaften Eigenschaften des Endprodukts verantwortlich ist.

In Fig. 6 ist eine Seitenansicht der Presse 23 im Schnitt dargestellt, und zwar in der offenen Lage, nachdem die zusammengesetzte Bahn gepreßt und geschnitten wurde, um das fertige Paneel 30 zu bilden. Eine untere stationäre Matrize 24 kann auf die Schmelztemperatur des Harzes oder der Fasern in der Schicht 20 erhitzt werden. Die obere bewegliche Patrize 25 kann auf die Schmelztemperatur der Schmelzfasern in der Schicht 16 er-

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hitzt werden. An ihrem Umfang ist die Patrize 25 mit Schneideelementen 26 versehen, mit denen die Umrisse der gewünschten Platte 30 aus der Bahn 19 ausgeschnitten werden. Unter dem Druck in der Presse 23 findet eine weitere Konsolidierung der vorher beschriebenen zusammengesetzten Schichten 14, 16, 18 und 20, welche das Formteil 30 bilden, statt, wobei das Textilgewebe 12 mit seiner Innenfläche in die Substanz der Schicht 16 hineingedrückt wird, so daß dieser Textilstoff 12 durch die geschmolzenen Fasern in der Schicht 16 mit dieser verankert wird. Der Druck in der Presse 23 ist vorzugsweise im Bereich von etwa 0,3 bis 28 bar (5 psi bis 400 psi) , um die vorher beschriebene Konsolidierung und Integrierung der Schichten 12, 14, 16, 18 und 20 zu erreichen.

In Fig. 3 ist eine Ansicht der konsolidierten Schichten 12, 16 und 18 nach dem Pressen in der Presse 23 in größerem Maßstab dargestellt. Wie ersichtlich ist ein Textilgewebe 12, bestehend aus gewebten Grundfäden 24 und Polfasern 26 in die Schicht 16 hineingedrückt worden. Geschmolzene und daraufhin abgekühlte Schmelzfasern 28 aus der Schicht 16 wurden unter Druck und Hitze in das Textilgewebe 12 hineingedrückt, um die Grundfäden 24 und Teile der Polfasern 26 zu verankern. In gleicher Weise haben sich geschmolzene Fasern 28 mit dem Kern 18 verbunden und geschmolzenes Material der Schicht 20 ist in ähnlicher Weise mit dem Kern 18 und der Schicht 14 verbunden worden. Die geschmolzene Schicht kann wasserundurchlässig sein, wenn sie aus einem geschmolzenen Film eines Polymerharzes besteht. Es ist ersichtlich, daß mittels Druck und Hitze alle Schichten 12, 14, 16, 18 und 20 sehr fest miteinander verbunden und konsolidiert sind, so daß das sich ergebende Laminat eine außerordentlich große zwischenlaminare Scherfestigkeit hat. Das fertige Formteil 30, das in Fig. 4 gezeigt ist, wird nun aus der Presse 23 entnommen und kann bei Raumtemperatur abkühlen. Nach dem Abkühlen behält das Formteil seine Form bei und weist eine große Dxmensionstabilität und Haltbarkeit auf. Schließlich hat das Formteil 30 auch eine sehr gute Schall- und Wärmeisolierungs-Wirkung.

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Einen Vorteil von besonderer Bedeutung bei Verwendung derartiger Schichtstoff-Fonnteile für die Innenverkleidung von Kraftfahrzeugen besteht darin, daß im Gegensatz zu den bisher verwendeten Stoffen, wie beispielsweise Hartholz, Faserstoffplatten, die verschiedenen Formteile in einfacher Weise geformt werden können, so daß auch komplizierte Formen hergestellt werden können. Verglichen mit dem Formen von Hartfaserplatten kann die Produktivität beträchtlich erhöht werden, und bei Verwendung geeigneter synthetischer Fasern ist es ohne Schwierigkeiten möglich, die Feuergefahr im Fahrzeug zu verringern. Außerdem ist durch die Verwendung von synthetischen Fasern die Erzeugung von giftigen Gasen im Fall eines Brandes vermieden.

Durch entsprechende Formgebung der Matrize 24 und der Patrize des Preßwerkzeuges 23 in Übereinstimmung mit dem gewünschten Endprodukt 30 können verschiedene Bereiche der hergestellten Artikel mehr oder weniger zusammengedrückt werden, wodurch unterschiedliche Härten erzielt werden, angefangen von starren Zonen, die für die Anbringung von Schrauben oder dgl. geeignet sind, bis zu weichen, nachgiebigen Strukturen, die beträchtliche isolierende und stoßabsorbierende Eigenschaften haben. Dadurch, daß der Kern einen losen Füller aufweist, sind die diesen einschließenden Schichten 16 und 20 so weit voneinander weggehalten, daß nach dem Laminieren das Produkt 30 eine ausreichende Steifigkeit hat und auch für selbsttragende Strukturen verwendet werden kann.

Im folgenden wird die Herstellung eines aus fünf Schichten bestehenden Laminats für die Abdeckung eines Getriebetunnels beschrieben, das strukturelle Integrität und schallabsorbierende Eigenschaften aufweist.

Schichten 16 und 20: Zwei Matten mit einem Gewicht von 410 g/m werden aus 50% 15 denier, 3 Zoll Polypropylen-Stapelfasern und 50% 3 denier, 2 1/2 Zoll Propylenstapelfasern durch Kardieren und Nadeln hergestellt.

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Kern 18: Eine Bahn mit einem Gewicht von 800 g/m aus 50% 16 denier, 3 Zoll Polyesterstapelfaser und 50% 3 denier, 2 Zoll Polypropylenstapelfaser wird durch Kardieren und Legen hergestellt.

Der Kern 18 wird auf die Schicht 16 aufgebracht und vernadelt. Das zweischichtige Gebilde wird daraufhin durch einen weiteren Nadelstuhl geführt, in welchem die Schicht 20 auf die andere Seite des Kerns 18 aufgebracht wird. In jedem der genannten Fälle wird eine 32er Nadel mit insgesamt neun Haken in einen Nadelstuhl mit 46 Nadeln pro Zoll verwendet, und zwar mit einer ausreichenden Eindringung in eine Tiefe von 12,7 mm (0,5 Zoll), so daß die Dicke des Gebildes in nicht zusammengedrücktem Zustand etwa 10 mm (0,4 Zoll) beträgt.

Lage 14: Ein Bausch mit einem Gewicht von 350 g/m aus 100% 1 1/2 denier, 3 Zoll Polyesterfaser wird durch Kardieren und Nadeln hergestellt. Diese Lage wird ausreichend mit der Schicht 20 vernadelt, um ein mechanisches Ablösen der einzelnen Schichten zu verhindern. Das sich ergebende Gebilde wird umgedreht und zum Preßformen vorbereitet, indem es durch einen Heißluftofen geführt wird, in welchem etwa 85% der Luft durch das Gebilde hindurch geführt wird. Die Lufttemperatur des Ofens ist 185°C (365°F). Die Verweilzeit ist ausreichend, um ein Erweichen und ein teilweises Schmelzen der Polypropylenfasern in den Schichten 16 und 20 zu bewirken, jedoch nicht lang genug, um ein Fließen von geschmolzenem Polypropylen zu bewirken.

Auf einer eigenen Station wird das die Oberfläche bildende Textilmaterial 12_f ein getuftetes Polypropylenteppichmaterial mit einer Dicke von etwa 8 mm (0,3 Zoll) (nicht zusammengedrückt^ über das erhitzte zusammengesetzte Substrat gebracht und zwar in direktem Kontakt mit der Oberfläche der Schicht 16 unmittelbar nach dem Austritt aus dem Ofen. Nun wird das jetzt aus fünf Lagen bestehende Material direkt in eine offene Form mit Patrize und Matrize gebracht und dann diese Form geschlossen, bis die innere Temperatur des Materials unter 115°C (240⁰F) liegt. Ein Herausnehmen des

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heißen Teiles vor dem Abkühlen hätte eine Deformation zur Folge.

Der Abstand zwischen den Formenteilen wird mittels metallischer Zwischenscheiben erreicht und beträgt zwischen parallelen Oberflächen etwa 5 mm· Der Preßdruck beträgt ca. 2,8 bar.

Ein repräsentativer Abschnitt des hergestellten Laminats wurde dann auf seine physikalischen Eigenschaften untersucht. Dabei ergaben sich folgende Werte:

Dicke: 7,6 mm (0,3 Zoll), Gewicht: 3020 g/m ;

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Biegefestigkeit: 1,8 kp/mm im Mittel; Bruchfestigkeit: 7,1 kp/mm in einer Richtung und 5,36 kp/mm in

einer hierzu senkrechten Richtung;

Stabilität: 1% maximale Schrumpfung oder Dehnung bei 81⁰C

(180⁰F) und 95% relativer Feuchtigkeit;

Steifigkeitstester;

Stoffdichte: 0,40 g/cm³;

Wahre Dichte: 0,82 g/cm ;

Laminare Schälfestigkeit: 0,143 kp/mm (8 Pfund/in).

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Claims

Patentansprüche

1.j Dekorative Schichtstoffplatte, gekennzeichnet durch einen Kern (18) aus nichtverwebten synthetischen Textilfasern, eine erste Schicht (16) aus hitze-verschmolzenen synthetischen thermoplastischen Textilfasern, eine zweite Schicht (20) , die einen Film aus synthetischem Polymerharz aufweist,

wobei der Kern (18) zwischen der ersten und der zweiten Schicht (16 und 20) angeordnet ist und Fasern der ersten Schicht (16) und des Kerns miteinander und mit der zweiten Lage verankert sind, und zwar in der Art, wie sie durch Nadelung erreicht wird,

eine leicht verfilzte Lage (14) aus nichtverwebten Textilfasern, die mit der zweiten Schicht (20) durch Nadelung verbunden sind, und

ein dekorativer Textilstoff (12), der an der Außenfläche der ersten Schicht (16) angebracht ist, indem die Unterseite des Textilstoffes in den verschmolzenen Fasern der ersten Schicht verankert ist.

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Bankverbindung: Hypobank Gauting Konto Nr. 3750123448 (BLZ 70026001)

2. Schichtstoffplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (20) die gleiche Zusammensetzung aufweist wie die erste Schicht (16).

3. Verfahren zur Herstellung einer Schichtstoffplatte nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a. Aufbringen einer unkonsolidierten Lage von synthetischen Textilfasern auf einer kontinuierlich fortbewegten Bahn aus schmelzbaren Fasern,

b. Anbringung einer Schicht von schmelzbaren Fasern auf die Oberseite der unkonsolidierten Lage,

c. Vernadeln der Schmelzfaserbahn, der unkonsolidierten Faserschicht und der Schicht aus Schmelzfasern miteinander zur Bildung einer zusammengesetzten Bahn,

d. Anbringung einer leicht verfilzten Lage aus nichtverwebten Textilfasern an einer Seite der zusammengesetzten Bahn,

e. Verbinden der Lage mit der zusammengesetzten Bahn durch Nadelung,

f. Anbringung eines dekorativen Textilstoffes auf die Außenfläche der Schicht aus Schmelzfasern zur Bildung einer unlamellierten Bahn, und

g. Lamellieren der unlamellierten Bahn unter Hitze und Druck.

4. Verfahren nach An spruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die leicht verfilzte Lage nur mit der Schmelzfaserschicht vernadelt wird.

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