DE3600612A1

DE3600612A1 - Polster und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3600612A1
Application number: DE19863600612
Authority: DE
Inventors: Takeshi Minegishi; Yasuo Yoneshige; Toshihiro Takehana; Toru Sakai
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 1984-12-28
Filing date: 1986-01-11
Publication date: 1987-09-10
Also published as: JPS61158437A; US4902542A; JPH0791766B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Polster, insbesondere ein Sitzpolster, dessen Grundmaterial aus organischen Synthesefasern besteht, die räumlich untereinander verschlungen sind, und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Für die Verwendung in konventionellen Sitzpolstern für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge und Flugzeuge, sind die verschiedensten Grundmaterialien bekannt. Beispiele derartiger Grundmaterialien sind Kapok, Seegras, andere Pflanzenfasern, Kunststoffschäume, wie Polyurethanschaum, oder baumwollähnliche Materialien aus organischen Synthesefasern.

Kapok und Seegras haben jedoch ein großes spezifisches Gewicht, sind leicht zusammenzudrücken und fallen leicht auseinander.

Polyurethanschaum hat eine geringe Luftdurchlässigkeit und kann deshalb nicht für komfortable Polster verwendet werden. Hochelastische Polyurethanschäume versprechen zwar einen größeren Sitzkomfort, haben jedoch ein größeres spezifisches Gewicht als weichelastische Polyurethanschäume.

Ein baumwollähnliches Material aus organischen Synthesefasern ist leicht zusammendrückbar, so daß es für die Verwendung in Polstern nicht geeignet ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Polster zu entwickeln, das ausgezeichnete Polstereigenschaften über einen relativ langen Zeitraum beibehält, ein geringes spezifisches und eine gute Luftdurchlässigkeit besitzt, und ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst.

Die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte sind im Patentanspruch 7 angegeben.

Zweckmäßige Weiterbildungen sowohl des Polsters als auch des Verfahrens zu seiner Herstellung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichndung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben und erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1: den Aufbau einer Polsterfüllung in der Ansicht;

Fig. 2: eine perspektivische Ansicht einer organischen Synthesefaser, aus der die Polsterfüllung gemäß Fig. 1 besteht;

Fig. 3: die perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles einer organischen Synthesefaser;

Fig. 4: eine grafische Darstellung der Abhängigkeit zwischen Härte und Dichte von verschiedenen Polstern und

Fig. 5 und 6: Darstellungen von Polsterfüllungen nach weiteren Vergleichsbeispielen.

Die Polsterfüllung gemäß Fig. 1 weist ein Grundmaterial 10 auf, das aus organischen Synthesefasern 11 besteht, die räumlich untereinander verschlungen sind. Das Grundmaterial 10 besitzt eine baumwollähnliche Struktur und die Fasern 11 weisen eine relativ große Anzahl von Kreuzungspunkten 12 auf. Die organischen Synthesefasern 11 können beispielsweise aus Polyesterfasern, Nylonfasern, Acrylfasern oder Polypropylenfasern bestehen. Auf die Querschnittsform der verwendeten Faser kommt es nicht entscheidend an. Es können Fasern mit kreisförmigen oder profilierten Querschnitt verwendet werden. Die Fasern können hohl oder kompakt sein. Darüber hinaus kann jede Faser aus einem einzigen Werkstoff oder einer Vielzahl von Werkstoffen hergestellt werden.

Die organische Synthesefaser 11 in Fig. 2 ist eine Hohlfaser vom sogenannten konjugierten Typ und wird durch Kombination zweier Faserwerkstoffe 21 und 22 mit unterschiedlichen thermischen Schrumpfkoeffizienten erhalten.

Die Faser 11 gemäß Fig. 3 ist eine kompakte Faser vom konjugierten Typ und wird durch Kombination zweier Faserwerkstoffe 31 und 32 mit unterschiedlichen thermischen Schrumpfkoeffizienten erhalten.

Das Grundmaterial 10 kann ebenso aus anorganischen Fasern, wie Metall- oder Glasfasern, in Kombination mit organischen Synthesefasern bestehen. Wenn anorganische Fasern verwendet werden, sollten diese in einer Größenordnung von 5 bi 90 Gew.% bezogen auf das Gesamtgewicht des Grundmaterials 10 vorgesehen werden.

Das Grundmaterial 10 hat normalerweise eine Dichte von 0,01 bis 0,1 g/cm³, vorzugsweise eine Dichte von 0,015 bis 0,060 g/cm³. Solch ein Grundmaterial aus untereinander verschlungenen Fasern hat ein Feinheitsgrad von 1 bis 50 Denier und eine Länge von 25 bis 100 mm bei einer Kräuseldichte von 10 bis 50 Fasern/cm.

Wie aus der Darstellung in Fig. 1 ersichtlich, sind die Fasern 11 des Grundmaterials 10 mit ausgehärtetem Polyurethankunstharz 13 umgeben, das die Fasern 11 an ihren Kreuzungspunkten 12 fest untereinander verbindet.

Das ausgehärtete Polyurethankunstharz 13 wird durch Aushärtung eines Polyurethan-Vorpolymerisats in Wasser oder Dampf erhalten. Jedes Polyurethan-Vorpolymerisat mit Isocyanatgruppen kann verwendet werden. Vorzugsweise wird ein Polyurehtan-Vorpolymerisat, das mit einem Polyol mit einer Anzahl von Hydroxylgruppen von 2,0 bis 8 und einem Molekulargewicht pro Hydroxylgruppe von 300 bis 2000 und einem Isocyanatgruppengehalt (-NCO) von 2 bis 30 Gew.% behandelt wurde, verwendet. Äthylenoxid kann dem Polyol in einer Größenordnung bis zu 20 Gew.% beigefügt werden. Viele derartige Polyurethan-Vorpolymerisate sind im Handel erhältlich.

Um die Oberfläche der Fasern 11 und der Kreuzungspunkte 12 mit dem Kunstharz 13 zu bedecken, wird das Grundmaterial 10 mit einer Lösung eines Polyurethan-Vorpolymerisates in einem organischen Lösungsmittel imprägniert. Das organische Lösungsmittel kann ein halogenisiertes Hydrocarbonat, wie Trichloräthylen, Dichloräthylen, Trichloräthan, Kohlenstoff-Tetrachlorid oder Äthylenchlorid sein. Die Konzentration der Lösung liegt bei 1 bis 100 Gew.%, vorzugsweise bei 10 bis 70 Gew.%.

Die Polyurethan-Vorpolymerisat-Lösung kann auch einen flammenhemmenden Zusatz enthalten, um den Polster schwer entflammbare Eigenschaften zu geben. Flüssige flammenhemmende Zusätze, die mit der Polyurethan-Vorpolymerisat- Lösung mischbar sind, werden bevorzugt. Beispiele derartiger flammenhemmender Zusätze sind Phosphorsäureester (organische Phosphate), halogenisierte Phosphorsäureester (organische Phosphate), kondensierte Phosphorsäureester (organische Phosphate), und stickstoffhaltige Phosphorsäureester (organische Phosphate). Sie sind im Handel erhältlich. Der flammenhemmende Zusatz wird in einer Menge von 5 bis 15 Gewichtsteile, vorzugsweise um 8 Gewichtsteile, basierend auf 100 Gewichtsteilen des Polyurethan-Vorpolymerisates zugesetzt.

Um das Grundmaterial 10 mit der Polyurethan-Vorpolymerisat- Lösung zu imprägnieren, kann es in die Lösung getaucht oder mit ihr besprüht werden. Das Vorpolymerisat ist vorzugsweise in einer Größenordnung von 10 bis 70 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Grundmaterials 10, enthalten. Danach wird das Grundmaterial 10 zentrifugiert (bei einer Zentrifugalbeschleunigung von beispielsweise 50 bis 1000 m/sec²), um überschüssige Lösung zu entfernen. Dann wird das Grundmaterial 10 in eine Form eingebracht, die aus einem oberen und einem unteren Teilstück aus Metallnetzen oder Lochblech besteht. Die Dichte des Grundmaterials 10 in der Form beträgt beispielsweise 0,01 bis 0,1 g/cm³, die gleichzeitig die Enddichte des Polsters ist.

Das Grundmaterial 10 kann auch nach der Einbringung des Polyurethan-Vorpolymerisates in die Form imprägniert werden. Die Menge des Polyurethan-Vorpolymerisates, die im Grundmaterial 10 enthalten ist, kann auch durch Änderung der Konzentration des Polyurethan-Vorpolymerisates anstelle der Zentrifugierung des imprägnierten Materials eingestellt werden.

Zum Schluß wird das an dem Grundmaterial 10 angebrachte Polyurethan-Vorpolymerisat in Kontakt mit Wasser oder Dampf gebracht, das bzw. der von außen in die Form eingeführt wird. Das Wasser oder der Dampf hat vorzugsweise eine Temperatur von 80 bis 130°C. Die Menge des benutzten Wassers oder Dampfes soll nicht geringer als der Gewichtsanteil der Isocyant-Gruppen im Polyurethan-Vorpolymerisat sein. Die Reaktion zwischen dem Wasser oder Dampf und den Isocyanatgruppen verläuft schnell und das Polyurethan-Vorpolymerisat kann innerhalb von ca. 30 Sekunden aushärten. Die Aushärtezeit kann darüber hinaus durch Zusatz von 10 bis 1000 ppm eines Amines, wie Tertiäramin (beispielsweise Triäthylendiamin oder Morpholin) zum Wasser oder Dampf verkürzt werden.

Das ausgehärtete Grundmaterial 10 wird aus der Form genommen. Es entspricht der in Fig. 1 dargestellten Polsterfüllung, bei der die Oberflächen der Fasern 11 mit ausgehärtetem Polyurethan-Kunstharz 13 bedeckt sind und die Kreuzungspunkte 12 der Fasern 11 durch ausgehärtetes Polyurethan-Kunstharz 13 verbunden sind. Das ausgehärtete Kunstharz 13 ist im Grundkörper 10, vorzugsweise in einer Menge von 20 bis 40 Gew.% bezogen auf das Gesamtgewicht des Grundmaterials 10 enthalten.

Das ausgehärtete Polyurethan-Kunstharz weist eine starke Klebrigkeit und eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit auf. Da erfindungsgemäß hauptsächlich Wasser als Aushärtungsmittel benutzt wird, kann die Aushärtung mit großer Sicherheit durchgeführt werden.

Beispiel 1:

Polyestergebewebe (und zwar der hohle, konjugierte Typ "Esup 6d" von TOYOBO. Co., Ltd.) wurde mit einer Überschußlösung (Vorpolymerisatkonzentration: 1 bis 70 Gew.%) eines Polyurethan-Vorpolymerisats (mit einem Isocyanat- Gruppenanteil von 5% +/- 0,2% und aufbereitet von Polyol "MN3050" Toluoldiisocyanat T-80", erhältlich von Mitsui Toatsu Chemicals Inc.,) in Trichloräthylen imprägniert. Das Gewebe wurde zentrifugiert, um Lösungsüberschüsse zu entfernen, und in eine Form mit einer vorgegebenen Dichte eingebracht. In diesem Fall war das Gewichtsverhältnis von Gewebe zu Polyurethan-Vorpolymerisat ungefähr 7 : 3. Die Zentrifugalbeschleunigung betrug etwa 50 bis 1000 m/sec². Falls die Härte irgendeines Teiles des Polsters geändert werden soll, muß die Dichte des Gewebes oder der Vorpolymerisatanteil dieses Teiles geändert werden.

Wasser oder Dampf (bei 80 bis 130°C) in einer Menge von nicht weniger als einer dem Isocyanatgruppenanteil des Polyurethan-Vorpolymerisats entsprechenden Menge wurde in die Form mit dem Polyestergewebe drei Minuten lang eingeleitet. Das Polyurethan-Vorpolymerisat wurde auf diese Weise ausgehärtet und das Grundmaterial der Form entnommen, so daß das Polster erhalten wurde.

Beispiel 2:

5 bis 15 Teile (vorzugsweise ungefähr 8 Teile), einer flammenhemmenden Flüssigkeit ("Thermolin 101" von Asahi Glass Co., Ltd.) werden 100 Teilen einer Trichloräthylenlösung desselben Polyurethan-Vorpolymerisats wie in Beispiel 1 zugefügt. Wie in Beispiel 1 wurde Polyestergewebe mit einem Überschuß der Reaktionsproduktlösung imprägniert. Das Gewebe wurde zentrifugiert, um überschüssige Lösung zu entfernen, und in eine Form in vorgegebener Dichte eingelegt.

Wasser oder Dampf von 80 bis 130°C in einer nicht geringeren Menge als die äquivalente Menge der Isocyanatgruppen wurde drei Minuten lang in die Form eingeleitet, um das Polyurethan-Vorpolymerisat auszuhärten. Das Grundmaterial wurde aus der Form genommen und ergab das Polster.

Vergleichsbeispiel 1:

Ein Polyurethanausgangsmaterial (Mischungsansatz in Tabelle 1) wurde aus Polyätherpolyol mit einem Molekulargewicht von 3000 und 3 Hydroxilgruppen, Toluoldiisocyanat (T-80), Wasser als Schaummittel und anderen Zusätzen zubereitet. Nach Mischung der Komponenten mit einem Mixer wurde es in eine warme Form in einer vorgegebenen Menge eingespritzt und die Form geschlossen. Die Form wurde bei 170°C zehn Minuten lang (oder fünf Minuten lang bei hitzebeständigem Schaum) erhitzt, um den Schaum auszuhärten. Der Schaum wurde dann aus der Form entfernt. Wenn ein flammenbeständiges Mittel zugesetzt werden soll, muß es in einer Menge von 10 bis 20 Teilen zugefügt werden

Tabelle 1

(Polyurethanschaum-Mischungsansatz)

Das "EP551" in Tabelle 1 besitzt 3 Hydroxylgruppen und ein Molekulargewicht von 3000.

Vergleichsbeispiel 2:

Latex wurde auf nicht verbundene Pflanzenfasern gesprüht, die dann auf eine bestimmte Dicke zusammengepreßt und in heißer Luft bei 120°C getrocknet wurden. Das zusammengepreßte Grundmaterial wurde in eine bestimmte Größe geschnitten. Das geschnittene Grundmaterial wurde in eine Form eingebracht und nochmals mit Latex besprüht. Nach Schließung der Form wurde das Grundmaterial mit erhitzter Luft bei 120°C getrocknet. Das getrocknete Grundmaterial wurde aus der Form entnommen und ergab das Polster. Die Fasern 50 dieses Polsters waren mit Latex 51 verbunden, wie in Fig. 5 dargestellt.

Vergleichsbeispiel 3:

Fasern mit einem niedrigeren Schmelzpunkt (4 Denier; Schmelzpunkt: 110°C) wurden in einem Gewichtsverhältnis von 7 : 3 mit Polyestergewebe (6 Denier; hohler, konjugierter Typ) gemischt. Aus der Mischung wurde eine brettförmige Lage mit einer Stärke von 20 mm gebildet. Die Lage wurde mit einer bestimmten Dichte in die Form eingebracht. Nach Schließung der Form wurde das Bindeharz durch erhitzte Luft bei einer Temperatur, die höher als der Schmelzpunkt des Harzes war, geschmolzen. Nachdem das Harz durch Abkühlung verfestigt war, wurde das Grundmaterial aus der Form entnommen und ein Polster erhalten.

In dieser Polsterfüllung sind nur die Fasern 60 mit dem niedrigen Schmelzpunkt verbunden, während das Polyestergewebe 61 mit dieser Matrix vermischt ist, wie in Fig. 6 dargestellt ist. Verschiedene Eigenschaften der Polster gemäß Beispiel 1 und 2 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 sind in Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 3 zeigt Eigenschaften und Polsterleistungen (experimentelle Werte) des Vorpolymerisats, das in der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann. Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen der Dichte und der Härte der Polster nach den zuvor beschriebenen Beispielen, wobei die Kurve 41 dem Polster gemäß Beispiel 1, die Kurve 42 dem Polster gemäß Beispiel 2, die Kurve 43 dem Polster gemäß Vergleichsbeispiel 1, die Kurve 44 dem Polster gemäß Vergleichsbeispiel 2 und die Kurve 45 dem Polster gemäß Vergleichsbeispiel 3 zuzuordnen ist.

Wie oben beschrieben, erhält man nach der vorliegenden Erfindung Polster, die leichter als die vorbekannten Polster sind, eine ausgezeichnete Luftdurchlässigkeit haben, auch bei extrem starker Benutzung nicht leicht zusammenfallen und einen außerordentlichen hohen Sitzkomfort bieten. Sowohl die Herstellungseinrichtungen und Formen, als auch die Herstellungsverfahren sind einfach, es besteht keine Furcht vor Verschmutzung und die Herstellungskosten sind niedrig.

Tabelle 2

Tabelle 3

Claims

1. Polster, insbesondere Sitzpolster, dessen Grundmaterial aus organischen Synthesefasern besteht, die räumlich untereinander verschlungen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Faseroberfläche mit einem ausgehärteten Polyurethan-Kunstharz (13) bedeckt ist, das die Fasern (11) an ihren Kreuzungspunkten (12) verbindet.

2. Polster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyurethan-Kunstharz (13) durch Aushärten eines Polyurethan-Vorpolymerisats mit einem Wasser enthaltenden Härtungsmittel erhalten ist.

3. Polster nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Synthesefasern (11) Fasern aus der Gruppe von Polyester-, Nylon-, Acryl- und Polypropylenfasern sind.

4. Polster nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Synthesefasern (11) einen Feinheitsgrad von 1 bis 50 Denier, eine Länge von 25 bis 150 mm und eine Kräuseldichte von 10 bis 50 Fasern/cm besitzen.

5. Polster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte der Polsterfüllung 0,01 bis 0,1 g/cm³ beträgt.

6. Polster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyurethan-Kunstharz in einer Menge von 10 bis 70 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Polsterfüllstoffes, vorgesehen ist.

7. Verfahren zur Herstellung eines Polsterfüllstoffes für ein Polster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensstufen:

- Imprägnieren des Grundmaterials aus organischen Synthesefasern mit dem Polyurethan-Vorpolymerisat, so daß dieses die Fasern (11) bedeckt, und
- Inkontaktbringen des Polyurethan-Vorpolymerisats auf den Fasern (11) mit einem wasserenthaltenden Härtungsmittel, so daß das Polyurethan-Vorpolymerisat ausgehärtet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyurethan-Vorpolymerisat aus einem Polyol mit 2,0 bis 8 Hydroxylgruppen und einem Molekulargewicht pro Hydroxylgruppe von 300 bis 2000 hergestellt wird und daß ein Isocyanatgruppenanteil von 2 bis 30 Gew.% vorgesehen ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung eine Polyurethan-Vorpolymerisat- Konzentration von 1 bis 100% enthält.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung einen flammenhemmenden Zusatz enthält.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Härtungsmittel bei einer Temperatur von 80 bis 130°C zugesetzt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Härtungsmittel ein Amin enthält.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmaterial (10) durch Eintauchen in die Polyurethan-Vorpolymerisat-Lösung und Entfernung der überschüssigen Lösung von dem Grundmaterial durch Zentrifugieren imprägniert wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrifugieren mit einer Zentrifugalbeschleunigung von 50 bis 1000 m/sec² durchgeführt wird.