DE3239732C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mattenförmigen Zwi­ schenproduktes für formhaltige Werkstücke, die unter Anwendung von Wärme und Druck aus dem Zwischenprodukt unmittelbar form- und aushärtbar sind, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Ein solches Verfahren läßt sich im wesentlichen der DE-AS 10 54 416 entnehmen. Bei diesem bekannten Verfahren kann von einem vorverfestigten Fasergebilde aus voll synthetischen oder regenerierten Fasern bzw. aus Fasermischungen von voll­ synthetischen und/oder regenerierten Fasern und/oder Baumwoll- bzw. Bastfasern ausgegangen werden, welche auf die Oberfläche plastischer Trägersubstanzen aus Kunstharz aufgebracht und mittels Druck und Wärme in den Träger eingepreßt werden können. Für den Aufbau des Fasergebildes kommen neben vollsynthetischen Fasern auch solche aus Zellulose in Betracht. Die mattenförmigen Fasergebilde können unter anderem dadurch ihre Vorverfestigung erhalten, daß die Matten zum Teil aus thermoplastischen Fasern hergestellt und durch eine Wärmebehandlung eine thermoplastische Bindung der Fasern erzeugt wird. Dazu können z. B. die Matten durch geheizte Stahlwalzen geführt werden, wobei durch Einstellung des Walzen­ spaltes, also durch Einstellung des auf die Matte wirkenden Druckes eine Vorver­ festigung eingestellt wird, die von einer grob porösen bis zu einer spiegelglatten Beschaffenheit führt. Bei dem bekannten Verfahren werden die auf diese Weise vor­ verfestigten Matten dann in einem weiteren Schritt mit einem Kunstharz, z. B. einem Duroplast, z. B. durch Tauchen, imprägniert, abgequetscht und getrocknet. Mehrere Lagen des so vorbereiteten Zwischenproduktes werden dann ggf. zusammen mit weiteren Harzpreßmassen in eine Formpresse zum Ausformen des fertigen Werkstückes unter Anwendung von Hitze und Druck eingebracht.

Das bekannte Verfahren ist aufwendig und erfordert eine Reihe verschiedener Schritte und Trocknungsvorgänge. Wenn aus dem Zwischenprodukt in einem anderen Betrieb als dem, der das Zwischenprodukt hergestellt hat, das form­ haltige Werkstück hergestellt werden soll, bedarf es besonderer Kenntnisse und Einhaltung von Rezepturen, um das gewünschte Werkstück zu erhalten.

Es ist auch schon aus der US-PS 36 07 500 bekannt, ein mattenförmiges Zwischenprodukt aus gekräuselten thermoplastischen Fasern herzustellen, die an ihren Berührungspunkten thermoplastisch miteinander verbunden sind, ohne daß die charakteristische Faserform verlorengeht. Zur Erzeugung der thermoplasti­ schen Bindung kann die ausgebreitete Fasermatte mit einer entsprechenden Binderlösung imprägniert werden. Überschüssige Binderlösung wird durch Absaugung entfernt. Die Matte wird dann mit Heißluft getrocknet und dabei der thermoplastische Binder erweicht.

Das so erhaltene Zwischenprodukt wird dann unter Anwendung von Wärme und Druck zu einem dünnen Fasergebilde verpreßt, das die Eigenschaft hat, bei er­ neuter Erwärmung aufgrund der Kräuselung der Ausgangsfasern zu expandieren. Bei der Expansion wird die Fasermatte in Formen eingeschlossen, so daß nach dem Erhitzen und Wiederabkühlen ein formhaltiges Werkstück von vorbestimmter Gestalt erhalten wird.

Auch dies Verfahren ist aufwendig und erfordert eine Reihe von Schritten und ist anwendbar nur bei gekräuselten Fasern.

Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbe­ griffs des Anspruchs 1 so weiterzubilden, daß das mattenförmige Zwischenprodukt auf einfacherem und damit auf billigerem Wege erhalten wird und die weitere Handhabbarkeit des Zwischenproduktes wesentlich vereinfacht wird, so daß die endgültige Herstellung des formhaltigen Werk­ stückes aus dem Zwischenprodukt ohne besondere Kenntnisse und Erfahrungen ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die Maßnahmen des Anspruchs 1 gelöst.

Eine wesentliche Vereinfachung der Herstellung des Zwischenproduktes und eine wesentliche Verbesserung der Handhabbarkeit des Zwischenproduktes werden zunächst dadurch erhalten, daß alle für die Herstellung des fertigen Werkstückes erforderlichen Bestandteile von Anfang an zusammengebracht und zusammengemischt werden. Es fallen also Zwischenschritte des Verfahrens, mit denen weitere Bestandteile zugeführt werden, und die damit verbundenen Aufwendungen und Verteuerungen fort. Das mattenförmige Zwischenprodukt behält aufgrund der Verfahrensführung seine durch die Fasern selbst bestimmte Weichheit und Elastizität voll bei, da die Fasern lediglich an ihren Kontaktpunkten in bekannter Weise thermoplastisch miteinander verbunden werden, ohne daß der Fasercharakter dabei verlorengeht. Das Zwischenprodukt erhält durch die thermoplastische Bindung eine ausreichende Formstabilität und bleibt doch im hohen Maße flexibel, so daß es auch ohne weiteres aufgerollt und in diesem Zustand zwischengelagert oder transportiert werden kann, bevor aus dem Zwischenprodukt das formhaltige Werkstück geformt wird.

Da alle für die Ausformung und Verfestigung des endgültigen Werkstückes er­ forderlichen Bestandteile von vornherein durch Zusammenmischen gleichförmig in dem mattenförmigen Zwischenprodukt enthalten sind, ist es für die Herstellung des Werkstückes lediglich noch erforderlich, das Zwischenprodukt auf Format zuzuschneiden und in eine Presse einzulegen und unter Anwendung von Hitze und Druck in dem gewünschten Maß zu verdichten, wobei der thermohärtende Bestandteil aktiviert wird und aushärtet und dem Werkstück die erforderliche Festigkeit verleiht.

Das Zwischenprodukt kann ohne Schwierigkeit im kontinuierlichen Verfahren in Form einer fortlaufenden Matte hergestellt werden, wobei die Matte für die Lagerung oder den Transport in Mattenabschnitte zerlegt, oder wie schon erwähnt zu einem Wickel aufgerollt werden kann.

Um die Flexibilität des mattenförmigen Zwischenproduktes weiter zu fördern, kann das Verfahren nach Anspruch 1 durch die Maßnahmen des Anspruchs 2 weitergebildet werden.

Grundsätzlich ist es schon bekannt, ein mattenförmiges Zwischenprodukt aus ungekräuselten Fasern durch Kräuselwalzen zu leiten, um so im hohen Maße gleichmäßig gekräuselte Mattenabschnitte zu erhalten. Während des Kräuselns der Matte wird die Matte gleichförmig erhitzt, um den Kräuselvorgang zu erleichtern und die Faserelemente im Kräuselvorgang auszuhärten (vgl. US-PS 32 55 064).

Im Zusammenhang mit den Maßnahmen des Anspruchs 1 bilden die Maßnahmen des Anspruchs 2 eine vorteilhafte Ergänzung, um die Handhabbarkeit des Zwi­ schenproduktes noch weiter zu erleichtern.

In jedem Fall liegt in dem fertigen Zwischenprodukt der thermohärtende Be­ standteil in seinem ursprünglichen, noch nicht ausgehärteten Zustand vor und wird erst bei der endgültigen Ausformung des Werkstückes aktiviert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Abschnittes des mattenförmigen Zwischenproduktes, das gemäß dem Verfahren der Erfindung gewonnen wird;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines aus dem Zwischenprodukt nach Fig. 1 gefertigten formhaltigen Werkstückes;

Fig. 3 ein Fließdiagramm zur Erläuterung der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Zwischenproduktes und

Fig. 4 in größerem Maßstabe einen Ausschnitt aus einem nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten mattenförmigen Zwischenprodukt, wobei aus der Figur die relative Lage der unterschiedlichen Fasertypen zueinander ersichtlich ist.

Das mattenförmige Zwischenprodukt nach Fig. 1 besteht aus im wesentlichen zwei verschiedenen Fasertypen, nämlich aus einer Zellulosegrundfaser 14 und einer thermoplastischen Trägerfaser 16. Die Grundfasern 14 sind in Fig. 4 in ausgezogenen Strichen wiedergegeben während zur Unterscheidung davon die Trägerfasern 16 gestrichelt dargestellt sind. Die Grundfasern 14 können z. B. Fasern aus Holz, Papier, Kokosnuß, Baumwolle, Jute, Sisal oder Kapok sein. Besonders geeignet sind Grundfasern aus Holz, die frisch hergestellt oder wiedergewonnen sein können. Sie können aus verschiedenen Arten von Bäumen, z. B. aus Espenholz oder Zitterpappelholz bestehen. Die Trägerfasern können aus der Gruppe der folgenden thermoplastischen Stoffe ausgewählt sein: Vinyl- Familie, Polyester-Familie, Polyolefin-Familie, Familie der Polyamide sowie jede Kombination aus diesen Familien. Beispiele für Polyolefine sind Polyäthylen und Polypropylen. Weiterhin können Polymere verwendet werden, die in Mengen bis zu 100% Polyvinylchlorid enthalten. Ausgezeichnete Ergeb­ nisse wurden mit Polyolefinen erhalten.

Die Trägerfasern sind mechanisch mit den Grunfasern in Eingriff. Die Trägerfasern geben dem Zwischenprodukt in Form einer Matte eine ausreichende Biegefestigkeit und einen hohen Widerstand gegen Abtrennen der Grundfasern aus der Matte. Die Grundfasern und die Trägerfasern sind im we­ sentlichen gleichförmig über den Körper der Matte verteilt. Die Grundfasern können in der Regel sowohl zahlenmäßig als auch gewichtsmäßig den größeren Anteil der Gesamtfasern der Matte bilden.

Zusätzlich zu dem mechanischen Eingriff zwischen den Fasern sind die Grund­ fasern und die Trägerfasern in dem mattenförmigen Zwischenprodukt an Kreuzungspunkten und Berührungspunkten der Fasern, wie bei 17 in Fig. 4 angedeutet ist, aneinander haftend thermoplastisch gebunden. Dazu dienen die thermoplastischen Trägerfasern. Nach der Vermischung der Fasertypen und ihrer Ausbreitung zu einer Matte werden die Fasern so weit erhitzt, daß die thermoplastischen Trägerfasern gerade erweichen und klebrig werden. Die Ver­ fahrensführung ist dabei so, daß die Trägerfasern in dem mattenförmigen Zwischenprodukt ihre fasrige Natur beibehalten und als solche noch in der Matte erkennbar sind, während sie andererseits durch Heißsiegeln miteinander und mit den Grundfasern verbunden sind. Die Grundfaser wird, insb. wenn sie aus Holz besteht, bei dieser Verfahrensführung nicht nennenswert beeinflußt, so daß diese Zwischenerhitzung nur die thermoplastischen Trägerfasern gerade klebrig macht.

Die Trägerfasern 16 und die Grundfasern 14 werden von vornherein zusammen mit einem wärmehärtenden Bestandteil im trockenen Zustand in einer bekannten und für diese Zwecke geeigneten Mischeinrichtung 40 gemäß Fig. 3 vermischt. Der Mischvorgang wird solange fortgesetzt, bis eine über die Charge gleichmäßige Mischung und Verteilung und ein ausreichender gegen­ seitiger mechanischer Eingriff der Fasern erreicht wird. Die Mischung kann z. B. aus etwa 70 bis 98 Gew.-% Grundfaser und etwa 2 bis 30 Gew.-% thermo­ plastischer Trägerfaser bestehen. Eine in der Praxis bewährte Mischung enthält Grundfasern in etwa 85 Gew.-% und thermoplastische Trägerfasern in etwa 15 Gew.-%.

Von der Mischeinrichtung 40 gelangt die Mischung zu einer Ausbreiteinrichtung 44, durch die die Fasern auf ein sich bewegendes Band 46 in der gewünschten Breite und Dicke zu einer kontinuierlichen Matte 48 fortlaufend ausgebreitet werden. Die Matte 48 wird dann mit Hilfe des Bandes durch einen Ofen 50 mit einer auf die Ofentemperatur abgestimmten Geschwindigkeit bewegt, so daß die thermoplastischen Trägerfasern gerade beginnen zu erweichen und ober­ flächlich klebrig zu werden, ohne daß ihre Faserstruktur verlorengeht. Die so klebrig werdenden Trägerfasern bilden an den Berührungsstellen mit anderen Trägerfasern und mit den Grundfasern durch Heißsiegeln thermoplastische Ver­ bindungen.

Wenn die Trägerfasern aus Polyäthylen bestehen, kann der Ofen 50 auf eine Temperatur im Bereich von etwa 121°C bis etwa 188°C gehalten werden. Das Band kann die Fasermatte durch den Ofen mit einer Geschwindigkeit transpor­ tieren, daß sich eine Verweilzeit von 1 bis 3 Minuten ergibt. Die Temperatur des Ofens und die Bandgeschwindigkeit variieren selbstverständlich in Ab­ hängigkeit von dem angewendeten thermoplastischen Material, der Matten­ dicke, deren Feuchtigkeitsgehalt und ihrer Dichte. Weder die Grundfasern noch der wärmehärtende Bestandteil werden bei diesem Heißsiegelvorgang erweicht oder anderseitig beeinflußt.

Die Matte 48 kann bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungs­ beispiel nach Verlassen des Ofens zu einer Kräuseleinrichtung geleitet werden. Diese weist zwei Kräuselwalzen 110 auf, an deren zylindrischem Umfang Nuten so vorgesehen sind, daß sich in Längsrichtung erstreckende Rippen begrenzt werden. Durch diesen Kräuselvorgang wird die Flexiblität des mattenförmigen Zwischenproduktes noch weiter verbessert, so daß dieses noch leichter gehandhabt und auch gebogen oder aufgerollt werden kann, ohne daß Beschädigungen oder Einrisse oder dergleichen auftreten. Nach Verlassen der Kräuselwalzen 110 kann das mattenförmige Zwischenprodukt zu einem Wickel aufgerollt und auf Lager genommen oder verschickt werden. Die Matte kann aber auch mittels einer Trenneinrichtung 109 gemäß Fig. 3 unmittelbar nach Fertigstellung des Zwischenproduktes in Abschnitte zerlegt werden.

In dem fertigen Zwischenprodukt liegt der von Anfang an mit eingemischte wärmehärtende Bestandteil in seinem ursprünglichen, noch nicht ausgehärteten Zustand vor.

Das so auf trockenem Wege gewonnene Zwischenprodukt enthält nur ein Minimum an Feuchtigkeit. Über den mechanischen Eingriff der Fasern und die thermoplastische Bindung werden die Fasern zuverlässig zusammengehalten, so daß sich keine Grundfasern aus dem mattenförmigen Zwischenprodukt abtrennen können. Das so gewonnene Zwischenprodukt läßt sich sehr leicht auf verschiedene Weise handhaben. So können Abschnitte abgetrennt, das Zwischenprodukt aufgerollt, gestapelt, in Pakete zusammengebunden und zu­ sammengedrückt werden. Vor allem läßt sich das Zwischenprodukt ohne Zufügung weiterer Materialien und ohne Beachtung besonderer Vorschriften in das formhaltige Werkstück umformen.

Aus dem Zwischenprodukt können formhaltige Werkstücke 10 gemäß Fig. 2 geformt werden, indem ein entsprechender Zuschnitt aus dem Zwischenprodukt in eine entsprechende Form gelegt und in dieser unter Anwendung einer ent­ sprechenden Temperatur und eines entsprechenden Druckes ausgeformt und ausgehärtet wird. Die Temperatur kann dabei zwischen 163°C und 310°C und der Druck zwischen 14,1 kg/cm² und etwa 70,3 kg/cm² gewählt werden. Der Formzyklus kann auf eine Zeit von 1 Min. oder weniger beschränkt werden, so daß die Herstellung der formhaltigen Werkstücke mit hoher Leistung erfolgen kann. In der Praxis hängen Temperatur, Druck und Zeitzyklus im wesentlichen von den Anforderungen an das fertige Produkt ab. Bei der endgültigen Ausformung des Werkstückes erweichen die thermoplastischen Trägerfasern und schmelzen wenigstens zum größten Teil während der Ausformung und Aushärtung. Die Grundfasern behalten ihre Faserform auch während der end­ gültigen Ausformung bei, ohne daß eine Verkohlung oder ein Verbrennen bei der Formtemperatur zu befürchten ist. Die Grundfasern erteilen dem fertigen Werkstück Zugfestigkeit und Steifigkeit. Es können durch den trockenen Her­ stellungsvorgang für das Zwischenprodukt auch formhaltige Werkstücke herge­ stellt werden, die eine komplexe Gestalt und auch scharfe Biegungen oder Winkel mit sehr kleinen Radien aufweisen. Die herstellbaren Werkstücke können vielfältig sein. So können dekorative Paneele, Kopfverkleidungen in Fahrerkabinen, Türpaneele, Instrumententafeln, Säulenfüllungen, Verpackungströge, Konsolen, Möbel, Gepäckstücke, Materialien für Gebäude, Verpackungen oder dgl. hergestellt werden.

Es ist ersichtlich, daß das Zwischenprodukt für sich alleine oder als Lage in einem Laminat weiterverarbeitet werden kann. Es können der anfänglichen Mischung von Fasertypen auch noch andere Fasertypen beigemischt werden, z. B. Acrylfasern, metallische Fasern, elastomere Fasern oder dergleichen. Die­ se können den Wärmewiderstand erhöhen oder dem Zwischenprodukt andere spezielle Eigenschaften verleihen. So können Acrylfasern zur Weichheit und Ge­ schmeidigkeit beitragen. Elastomere Fasern erhöhen Dehnbarkeit und Nachgiebigkeit, während metallische Fasern als Wärmeableitelemente wirken können. Zusätzliche Fasern aus Polyäthylen oder Polypropylen erhöhen den Ab­ riebwiderstand und sind wasserabweisend. Zusatzfasern aus Polyestern und Polyamiden erhöhen den Wärmewiderstand sowohl des Zwischenproduktes als auch des formhaltigen Werkstückes.

Als wärmehärtender Bestandteil kann z. B. ein Phenolharz dienen. Dieser kann in Pulverform mit den verschiedenen Fasertypen im trockenen Zustand gleich­ förmig vermischt werden. Dieses Harz wird durch die Heißsiegeltemperatur nicht beeinflußt, härtet jedoch bei der späteren Umformungstemperatur während der Ausformung und Aushärtung des Werkstückes aus dem Zwischen­ produkt aus. Durch den wärmeerhärtenden Bestandteil wird auch die Steifigkeit des Werkstückes erhöht. Insbesondere wird dadurch ein Durchsacken oder ein Formverlust im noch heißen Zustand vermieden. Das gleiche gilt bei Zunahme der Umgebungstemperatur bei Einsatz des fertigen Werkstückes. Eine geeignete Mischung für das Zwischenprodukt kann beispielsweise aus 85 Gew.-% Holz­ fasern, 10 Gew.-% Propylenträgerfasern und 5 Gew.-% Phenolharz bestehen.

Es können auch andere thermoplastische Materialien von Anfang an den Bestandteilen des Zwischenproduktes zugemischt werden. Auch diese zusätzli­ chen thermoplastischen Materialien sind über den ganzen Mattenkörper verteilt und besitzen einen Erweichungspunkt etwa im gleichen Bereich wie die thermo­ plastischen Trägerfasern. Diese zusätzlichen thermoplastischen Materialien können die thermoplastische Bindewirkung der Trägerfasern unterstützen.

Claims (2)

1. Verfahren zum Herstellen eines mattenförmigen Zwischenproduktes für formhaltige Werkstücke, die unter Anwendung von Wärme und Druck aus dem Zwischenprodukt unmittelbar form- und härtbar sind, wobei das Zwischenprodukt aus im wesentlichen zwei verschiedenen Fasertypen, nämlich einer Zellulose- Grundfaser und einer thermoplastischen Trägerfaser, und einem wärmehärtenden Bestandteil besteht, dessen Aushärtetemperatur oberhalb der Erweichungstem­ peratur der thermoplastischen Trägerfasern liegt, bei dem die Grund- und Trägerfasern miteinander vermischt und zu dem mattenförmigen Zwischenpro­ dukt verarbeitet werden und die Fasern unter Erhaltung ihres Fasercharakters durch Anwendung von Wärme thermoplastisch gebunden werden, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mit den Grund- und Trägerfasern auch der wärme­ härtende Bestandteil in trockenem Zustand vermischt wird und die thermo­ plastische Bindung im wesentlichen ohne Druck erfolgt, wobei die miteinander verschlungenen Fasern lediglich bis zum Erweichungspunkt der thermoplastischen Trägerfasern erwärmt werden und die zuvor eingemischten wärmehärtenden Be­ standteile im ursprünglichen, noch nicht ausgehärteten Zustand vorliegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mattenförmige Zwischenprodukt nach der thermoplastischen Bindung durch mit Rippen besetzte Kräuselwalzen geführt und geschmeidig gemacht wird.