DE3105164C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Formteile der hier interessierenden Art aus Faserwerkstoffen werden beispielsweise in großem Umfang als Innenverkleidung von Fahrgastzellen in der Autoindustrie eingesetzt.

Es ist allgemein bekannt, Faservliesmatten aus Zellulose oder Lignozellulose mit einem Bindemittelgehalt von etwa 10% herzustellen, wovon 2 bis 3% aus kondensationshärtenden Duroplasten, wie Phenol-, Melin- u./o. Harnstoffharzen bestehen. Die mit Duroplasten gegebenenfalls auch zusätzlich mit Thermoplasten versetzten Faserwerkstoffe werden unter Anwendung so hoher Drücke zu Formteilen verpreßt, daß deren Dichte größer als 1 g/cm³ ist, um die benötigten Qualitätseigenschaften, wie hohe Biegebruchfestigkeit, niedrige Wasseraufnahmemöglichkeit u. a. zu erhalten. Die insofern vorteilhafte hohe Dichte der Formteile ist für die Formteile in der Fahrzeugindustrie insbesondere hinsichtlich einer Verminderung des Fahrzeuggesamtgewichtes nachteilig. Die Verringerung des Gewichts der Formteile kann in Grenzen durch Verringerung der Wandstärke bei gleichzeitiger Einbringung von Versteifungsrippen reduziert werden. Die Erzielung eines geringeren Gewichtes durch Verringerung der Dichte durch die Anwendung schwächerer Preßdrücke, ist zwar grundsätzlich möglich, hierbei verschlechtern sich jedoch die mechanischen Eigenschaften des Formteils und seine Resistenz gegen Wasseraufnahme.

Die genannten Mängel können dann nur durch erhöhte Zugabe teurer Duroplaste kompensiert werden. Zur Verminderung der Quellung von Holzwerkstoffen durch Feuchteeinwirkung, insbesondere bei Span- und Faserplatten ist es bereits bekannt, die Oberflächen mit einer Isocyanatlösung zu imprägnieren (DE-OS 14 92 507). Diese Imprägnierung wird durch Streichen, Tauchen oder Bedüsen, gegebenenfalls unter Einwirkung von Wärme und nachfolgendes Abdampfen des Lösungsmittels durchgeführt. Auch ist ein Verfahren bekannt, (DE-PS 8 64 917), bei dem zur Veredelung ausgeformter Massen aus Fasermaterialien, wie Holz oder Zellulosefasern, diese mit Diisocyanaten oder ähnlichen Verbindungen unter Druck imprägniert und anschließend ausgehärtet werden. Als Lösungsmittel werden Essigestertoluol und Butylacetat verwendet. Die Imprägnierungsdauer wird mit einer halben bis zwei Stunden angegeben.

Ein weiteres bekanntes Verfahren zum Herstellen von Holzfaserplatten, verwendet als Imprägniermittel härtbare Öle und als Lösungsmittel u. a. Trichlorethylen. Hier betragen die Imprägnierungszeiten nur ca. fünf Minuten (FR-PS 14 30 514).

Schließlich ist es für die Herstellung von Holzspanplatten auch noch bekannt eine nachträgliche Tränkimprägnieren mit und ohne Druck mit aushärtbaren Bindemitteln vorzunehmen (Stegmann, Schorning u. Kratz, Forschungsbericht des Landes Nordrhein-Westfalen, Nr. 1875, Köln und Opladen, 1967, S. 10 bis 20), wobei die Bindemittel u. a. auch in organischen Lösungsmitteln gelöst sein können. Als Lösungsmittel werden Alkohol und Methylacetat und als Tränkzeiten eine halbe bis zwei Stunden angegeben.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von mit niedrigen Drucken verpreßten Holzfaserwerkstoffen in Verbindung mit möglichst kurzen Behandlungszeiten und damit extrem kurzen Fertigungstaktzeiten zu erzielen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieser Aufgabenlösung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Es hat sich in überraschender Weise als besonders vorteilhaft herausgestellt, bei verringertem Preßdruck Formteile mit geringem Verpressungsgrad und dementsprechend geringerer Dichte dadurch mit den benötigten Qualitätseigenschaften auszustatten, daß in geringen Mengen zusätzliche duroplastische o. a. Bindemittelanteile durch nachträgliche Diffusion in das fertig verpreßte Formteil eingebracht werden. Die bei dieser Verfahrensweise benötigte Gesamtmenge an zusätzlichen Bindemittelanteilen ist für gleiche Qualitätseigenschaften wesentlich geringer zu halten, als dann, wenn das Bindemittel dem Werkstoff vor dem Verpressen zugegeben wird. Es hat sich nämlich gezeigt, daß zufolge des vorliegenden Verfahrens bei der Diffusion die zusätzlichen Bindemittelanteile bevorzugt zu den Kreuzungspunkten der Fasern im Faservlieswerkstoff transportiert werden, zu Stellen also, an denen die Bindemittel am effektivsten auf die Festigkeit des Werkstoffes einwirken können, Dieser Effekt läßt sich wie folgt deuten: Die in das Formteil eindiffundierten flüssigen Duroplastbestandteile werden durch Kapillarwirkung des mikroporösen Werkstoffes ins Materialinnere transportiert. Die Kreuzungspunkte der Fasern bilden aus geometrischen Gründen örtliche Kapillarverengungen, zu denen hin der örtliche Materialtransport begünstigt wird. An diesen Stellen werden also die zusätzlichen eindiffundierten Bindemittelbestandteile durch Kapillarkräfte festgehalten und härten dort bevorzugt aus.

Das vorliegende Verfahren kann dadurch erheblich preisgünstiger gestaltet werden, als jene nach dem Stand der Technik bekannten, die mit sehr hohen Harzanteilen arbeiten. Günstig ist, daß die zusätzlich einzudiffundierenden Bindemittelanteile in Form einer niedrigviskosen Lösung dem fertig verpreßten Formteil zugeführt werden. In diesem Fall begünstigt die niedrige Viskosität sowohl die Diffusion als auch den Bindemitteltransport durch Kapillarkräfte.

Eine weitere Verbesserung des vorliegenden Verfahrens ergibt sich, wenn die verwendeten Lösungsmittel leicht flüchtig sind und die Aushärtungsreaktion der zusätzlichen Bindemittelanteile verzögern. Werden leicht flüchtige Lösungsmittel verwendet, so lassen sich diese nach der Diffusion problemlos aus dem Formteil wieder entfernen. Die Verzögerung der Aushärtungsreaktion hat den wesentlichen Vorteil, daß die Aushärtung, das heißt die Bildung von Makromolekülen, erst nach dem Entfernen des Lösungsmittels mit nennenswerter Geschwindigkeit einsetzt. Durch das vorzeitige Bilden von Makromolekülen würde sowohl die Diffusionsgeschwindigkeit herabgesetzt werden als auch ihr Transport durch Kapillarwirkung, da die Makromoleküle die Mikrokapillaren des Faservlieswerkstoffes gewissermaßen verstopfen würden.

Besonders geeignete Lösungsmittel für das vorliegende Verfahren sind chlorierte Kohlenwasserstoffe, da diese in der Regel leicht flüchtig sind und gute Lösungsfähigkeit für verschiedene duroplastische Bindemittelanteile aufweisen. Sie haben darüber hinaus den Vorteil, daß sie die beim Verpressen des Formteils bereits ausgehärteten duroplastischen Bindemittelanteile anquellen und damit entweder eine chemische Vernetzung mit den zusätzlich eindiffundierten Bindemittelanteilen ermöglichen oder deren mikromechanische Verklammerung begünstigen. Auf diese Weise können die Bindemittel optimal zur Eigenschaftsverbesserung ausgenutzt werden.

Besonders günstige Verhältnisse wurden gefunden, wenn als Lösungsmittel Methylenchlorid verwendet wurde, in dem Polyole und Isocyanate in einer Gesamtmenge von 10 bis 30% gelöst waren.

Die Diffusion der zusätzlichen Bindemittelanteile in das Formteil erfolgt zweckmäßigerweise in einem Tauchbad. In diesem Fall läßt sich durch die Variation der Tauchzeit der Diffusionsvorgang definiert regeln. Dies ist besonders dann wichtig, wenn chlorierte Kohlenwasserstoffe als Lösungsmittel verwendet werden, da eine zu lange Einwirkungszeit dieser Lösungsmittelart zu einer Beeinträchtigung der schon beim Verpressen des Formteils ausgehärteten Duroplastanteile führen kann, wodurch die Gebrauchseigenschaften dieser Teile verschlechtert werden. Eine Diffusions- bzw. Tauchzeit zwischen 5 und 20 Sekunden hat sich für Formteile mit Wanddicken zwischen 1,8 und 3 mm als ausreichend und optimal erwiesen.

Das Aushärten der eindiffundierten zusätzlichen Bindemittelanteile kann durch eine Auslagerung der Formteile bei Raumtemperatur abgeschlossen werden. Hierzu ist in der Regel eine Zeit zwischen 10 und 20 Stunden ausreichend. Durch warmes Auslagern, vorzugsweise bei Temperaturen, die höher sind als die Siedetemperatur des verwendeten Lösungsmittels, kann sowohl die Auslagerungszeit verkürzt werden als auch das Lösungsmittel ohne Rest aus dem Formteil entfernt werden. Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich bei einer Kombination beider Maßnahmen, beispielsweise einer Warmtrocknung bis zu maximal einer Stunde und einer anschließenden Auslagerung bei Raumtemperatur über eine Zeit von ca. 10 bis 15 Stunden.

Eine Vereinfachung des vorbeschriebenen Verfahrensablaufes läßt sich dadurch erzielen, daß eine Komponente eines reaktionshärtenden Duroplastes dem Faserwerkstoff bereits vor dem Verpressen zugefügt wird und daß die andere Komponente in reiner, gelöster, dispergierter oder verdünnter Form in das fertige Formteil eindiffundiert wird. In diesem Fall kann die vor dem Verpressen zugefügte Komponente des reaktionshärtenden Duroplastes bereits bei der Faseraufbereitung zugegeben werden, beispielsweise bei Holzfaserwerkstoffen im Defibrator. Hierdurch wird eine gute und gleichmäßige Verteilung dieser Komponente im Werkstoff sichergestellt.

Darüber hinaus ist die Variationsbreite des Verfahrens dadurch zu vergrößern, daß das verwendete Lösungsmittel nicht mehr unbedingt reaktionshemmend wirken muß und die Diffusionslösung in der Regel niedriger molekular ist. Soll das Verfahren auf Formteile größerer Wanddicke angewendet werden, so kann es vorteilhaft sein, wenn der Faserwerkstoff in Form eines ebenen Faservlieses vor dem Verpressen des Formteils aus drei Schichten besteht, wobei nur in den beiden äußeren Schichten eine zusätzliche Komponente eines reaktionshärtenden Duroplastes zugefügt ist. Auf diese Weise lassen sich dickwandige Formteile mit sogenanntem "Sandwich-Charakter" erzeugen, bei denen die Oberflächenschichten bezüglich ihrer mechanischen Eigenschaften und ihres Wasseraufnahmeverhaltens erheblich verbessert sind. Dies bedeutet eine weitere Verringerung des benötigten Zusatzbindemittels und eine optimale Werkstoffausnutzung. Werden chlorierte Kohlenwasserstoffe als Lösungsmittel verwendet, so lassen sich mit dieser Maßnahme die Einwirkungszeiten des Lösungsmittels auf die schon ausgehärteten duroplastischen Bindemittel auf das Optimum beschränken.

Für die letztgenannten Beispiele hat es sich als günstig erwiesen, wenn die dem Faserwerkstoff vor dem Verpressen zugefügten Komponenten des reaktionshärtenden Duroplastes kollodial gelöste Polyole sind, die unter Anwendung von Netzmittel in Wasser gelöst wurden und wenn die zusätzlich eindiffundierten Bindemittelanteile Isocyanate sind. In diesem Fall wurden günstige Diffusionseigenschaften ermittelt. Die in der beschriebenen Art gelösten Polyole beeinträchtigen dabei das Verpressungsverhalten des Faserwerkstoffes nicht.

Die verwendeten Lösungsmittel können bei dem vorliegenden Verfahren dadurch wenigstens teilweise zurückgewonnen werden, daß das Warm- und/oder Kaltauslagern der Formteile wenigstens zeitweise in einem geschlossenen Behälter erfolgt. Die dabei aus dem Formteil entweichenden Lösungsmittelüberschüsse können in an sich bekannter Weise dann kondensiert werden.

Hierdurch läßt sich die Wirtschaftlichkeit des Verfahren verbessern und Umweltbeeinträchtigungen ausschließen.

Die Eigenschaften des vorliegenden Verfahrens seien nachfolgend an einem konkreten Anwendungsbeispiel erläutert. Ein Formteil wurde bei einer Preßtemperatur von 180° aus einer an sich bekannten Holzfaservliesmatte gepreßt. Der Bindemittelanteil der Faservliesmatte betrug insgesamt 10%, bestehend aus 8% eines bei Wärmebeaufschlagung erweichenden Teerderivats und 2% Phenolharz. Die Dichte des Formteils betrug nach dem Verpressen 0,78 g/cm³ und seine Dicke 2,2 mm. Dieses Formteil wurde anschließend in ein Diffusionsbad getaucht, das aus 84% Methylenchlorid als Lösungsmittel und 8% eines handelsüblichen Polyols sowie 8% Diphenylmethandiisocyanat bestand. In dieses Bad wurde das Formteil nach dem Verpressen 16 Sekunden lang getaucht. Danach wurde das Formteil bei 120°C 10 Minuten lang warmgelagert, danach 15 Stunden zum Nachhärten bei Raumtemperatur abgelegt. Die nachstehende Tabelle ermöglicht eine Übersicht über einige Produkteigenschaften des Formteiles, wobei die Rohdichte nach DIN 52 350, die Biegefestigkeit nach DIN 52 352, die Wasseraufnahme nach DIN 52 351 und die Dickenquellung nach DIN 52 351 bestimmt bzw. angegeben sind, und zwar im Vergleich mit einem konventionell gefertigten Formteil "Normalformteil" einer Dichte größer als 1.

Tabelle

zusätzliche Bindemittelmenge, bezogen auf Rohmaterialgleich 4,16% Gewichtsersparnis, bezogen auf Normalformteilgleich 31,8%

Der Tabelle läßt sich entnehmen, daß bei dem vorliegenden Verfahren unter Verwendung des Diffusionsschrittes nach dem Preßvorgang rund 5% zusätzliche Bindemittelanteile benötigt werden, um dem Formteil geringerer Dichte vergleichbare Eigenschaften zu erteilen, wie sie bisher bei bekannten Formteilen mit einer Dichte größer als 1 üblich sind. Die Gewichtsersparnis beträgt im vorliegenden Beispiel etwa 32%. Um eine vergleichbare Gewichtsersparnis bei entsprechend gute Formteileigenschaften konventionell zu erreichen, müßte der Phenolanteil in der Fasermatte vor dem Verpressen von 2 auf etwa 25% gesteigert werden. Das vorliegende Verfahren ermöglicht also gegenüber dem Stand der Technik eine Ersparung an Bindemitteln von mehr als 75%. Das beschriebene neue Verfahren hat darüber hinaus noch den Vorteil, daß zusätzliche Bindemittel tatsächlich nur für die Werkstoffmenge benötigt werden, die dem fertigen Formteil entsprechen. Die Randabfälle im Preßwerkzeug, deren Anteil an der Gesamtproduktion bis zu 20% betragen kann, verursachen keinen erhöhten Bindemittelverbrauch, während sie bei konventioneller Verfahrensweise mit dem stark erhöhten Bindemittelanteil versehen sind. Dies bedeutet eine weitere zusätzliche Ersparnis an wertvollen Rohstoffen und Produktionskosten. Darüber hinaus erhöht sich die Recyclingfähigkeit der Produktionsabfälle, was einen weiteren Vorteil begründet.

Das beschriebene vorteilhafte Anwendungsbeispiel des vorliegenden Verfahrens bezieht sich auf die Herstellung von Formteilen im Trockenverfahren. Eine Anwendung auf Formteile, die aus naßdispergierten Fasern gefertigt werden, ist aber ebenso möglich, wie seine Übertragung auf andere Faserarten, etwa auch nichtorganische Fasern.

Claims (15)

1. Verfahren zum Pressen und Nachbehandeln von Formteilen aus vorzugsweise unter Wärmebeaufschlagung verpreßbaren mit Bindemittel gemischten Zellulose- und/ oder Lignozellulose-Faservliesmatten, wobei den ausgehärteten Formteilen nach dem Verpressen von außen zusätzliche Bindemittelbestandteile zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Faservliesmatten auf eine Dichte kleiner als 0,9 g/cm³ verpreßt werden und daß die nach dem Verpressen zugeführten zusätzlichen Bindemittelbestandteile in einem organischen Lösungsmittel gelöst werden, das das bereits ausgehärtete Bindemittel anquillt, wobei die Einwirkzeit dieses Lösungsmittles so kurz gewählt wird, daß keine Beeinträchtigung des Bindemittels eintritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Bindemittelbestandteile in Form einer niedrig viskosen Lösung mittels Diffusion in das Formteil eingebracht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die niedrig viskose Lösung mit einem leicht flüchtigen, bei vorgegebener Temperaturwahl die Aushärtungsreaktion der zusätzlichen Bindemittelbestandteile verzögernden Lösungsmittel hergestellt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß chlorierte Kohlenwasserstoffe als Lösungsmittel für die zusätzliche Bindemittelbestandteile zugeführt werden.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Methylenchlorid als Lösungsmittel und Polyole und/oder Isocyanate als zusätzliche Bindemittelanteile mit einem Gehalt an Bindemittelbestandteilen in der Lösung von 10 bis 30% zugesetzt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusion in einem Tauchbad der niedrigviskosen Lösung vorgenommen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Formteile 5 bis 20 Sekunden in das Tauchbad getaucht werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil im noch preßwarmen Zustand in das Tauchbad eingebracht wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach Entfernen des Formteils aus dem Tauchbad dieses bei Raumtemperatur, vorzugsweise für einen Zeitraum von 10 bis 20 Stunden, in einer die Lösungsmitteldämpfe abführenden Umgebung gelagert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß die Auslagerung und/oder Trocknung der Formteile nach dem Diffusionsvorgang durch Wärmebeaufschlagung, vorzugsweise bei Temperaturen, die höher als die Verdampfungstemperatur des zur Diffusion verwendeten Lösungsmittels liegen, durchgeführt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus einem reaktionshärtenden Duroplast bestehende Komponente des Bindemittels für den Faserwerkstoff vor dem Verpressen und eine andere Komponente allein oder mit weiteren Zusätzen in gelöster, dispergierter oder anderer flüssiger Form nach dem Verpressen dem Tauchbad zugesetzt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Faserwerkstoff vor dem Verpressen zugefügte Komponente des Bindemittels bei der Faseraufbereitung in einem Defibrator zugegeben wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, daß die Faservliesmatte vor dem Verpressen aus drei Schichten zusammengefügt wird, und daß nur in die beiden äußeren Schichten die Komponente des Bindemittels eingebracht wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der dem Faserwerkstoff vor dem Verpressen zugeführten Komponenten des reaktionshärtenden Duroplasts aus kolloidal gelösten Polyolen besteht und daß die nach dem Verpressen zusätzlich eindiffundierenden Bindemittelbestandteile Isocyanate sind.

15. Verfahren nach den Ansprüchen 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Warm- und/ oder Kaltauslagerung der Formteile zumindest teilweise in einem abgeschlossenen Behälter erfolgt, und daß das Lösungsmittel aus dem Behälter wenigstens teilweise zurückgewonnen wird.