DE3721664A1 - Fasermatte fuer das warme verpressen zu formteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fasermatte für das warme Verpressen zu Formteilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Mehrschichtige Fasermatten, insbesondere solche mit speziellen Oberflächenbeschichtungen sind ganz allgemein bekannt. Insbesondere ist auch eine Mehrschicht-Fasermatte zur Herstellung von Formteilen in einer Preßform durch Be­ aufschlagung der Fasermatte mit Druck und erhöhter Temperatur aus zellulose-, lignozellulose, oder dergleichen Fasern bekannt, deren beide Deckschichten gleichfalls aus Wirrfaservlies gebildet sind und mit zumindedst einem Anteil an duroplastischen Kunstharzen versehen sind. Die ein thermoplastisches Bindemittel enthal­ tende mittlere Wirrfaserschicht und die beiden äußeren mit warmhärtenden Bindemitteln ver­ sehenen Deckschichten werden hier durch schicht­ weises Aufwieseln des Mattenmaterials auf ein Förderband hergestellt und liegen gleichzei­ tig im zu Formteilen verpreßten Zustand als fester Verbund dieser Mehrschichtanordnung (P 32 33 385) vor.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß die bei die­ sem bekannten Verfahren nach dem Teilstrom­ prinzip vorgegebene zusätzliche Beleimung der Deckschichten mit einem duroplastischen Material während der Mattenherstellung und dem Verpressen von der saugfähigen Mittel­ schicht zumindest zum Teil aufgenommen wird, was insofern nachteilig ist, als bei diesen bekannten Dreischicht-Matten deren eigent­ licher Vorteil, also die thermische und mechanische Oberflächenvergütung, durch die dort verwendeten duroplastischen Bindemittel­ anteile durch deren ungewolltes Abwandern in die Mittelschicht wieder verlorengeht. Zu kompensieren wäre dieser Effekt nur durch die Zugabe größerer Mengen von duroplastischen Bindemitteln zu den Deckschichtfasern, was zu einer erheblichen Verteuerung des ge­ wünschten Endproduktes führen würde.

Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Her­ stellung von Dämmplatten, wobei von minera­ lischen Fasern ausgegangen wird, kennzeich­ net sich in einer vorteilhaften Ausgestaltung dadurch, daß das Faservlies bei seiner Her­ stellung auf ein mitlaufendes Deckfaservlies aufgebracht wird, wobei die Dämmplatte beim Verdichten, also Pressen, mit dem Vliesträger verbunden wird (DE-OS 28 53 316).

Der Vergütung von Holzfaserwerkstoffen der hier interessierenden Art aber auch von aus Natur- oder Mineralfasern und dergleichen bestehenden Faservliesen zu Platten oder räumlich verformten Produkten wird seit langem produktabhängig beson­ deres Augenmerk geschenkt. Die Art der Oberflächen­ veredelung kann dabei von einfachsten Harzanrei­ cherungen, Grundierungen oder Lackierungen bis zum Bedrucken und zum Kaschieren mit Folien oder Laminieren mit Kunststoffen und dergleichen reichen.

Das Aufbringen von Deckschichten auf tragende Mittelschichten, sei es nun in Form von spe­ ziellen Deckschichtbeleimungen, von zusätz­ lichem Kaschiermaterial oder dergleichen mehr, schafft zwar in aller Regel die jeweils ge­ wünschten verbesserten Oberflächeneigenschaften, ist aber in aller Regel auch mit einer Versiege­ lung der Oberfläche im Sinne einer Undurch­ lässigkeit beispielsweise für Gase oder Flüs­ sigkeiten verbunden, was für manche Anwen­ dungszwecke von großem Nachteil sein kann und insbesondere für die Verarbeitung solcher Matten zu Formteilen bestimmte Verfahrenswei­ sen oder technisch einfach realisierbare Ver­ fahrensschrite ausschließt. Hierbei ist so­ wohl, aber nur beispielsweise, an das ferti­ gungstechnisch günstige Vakuum-Tiefziehver­ fahren zum Koordinieren derartiger Formteile mit thermoplastischen Folien zu denken, als auch an bestimmte Eigenschaften fertig ausgeformter Form­ teile, die als Verkleidungen in Fahrgastzellen von Kraftfahrzeugen dort als weitaus angenehmer empfunden werden können, wenn sie eine ge­ wisse Luftdurchlässigkeit und Feuchtigkeits­ aufnahme gewährleisten, was zu einer erheb­ lichen Verbesserung des Innenraumklimas solcher Fahrgastzellen beitragen kann.

Hier setzt die vorliegende Erfindung ein, der die Aufgabe zugrundeliegt, eine dreischich­ tige Fasermatte der gattungsgemäßen Art da­ hingehend weiterzubilden, daß sie bei ge­ ringstem Einsatz von höherwertigen Materi­ alien sowohl auf der Faserseite als auch auf der Bindemittelseite und bei geringstem fertigungstechnischen Aufwand zur Schaffung von Formteilen beiträgt, deren Oberfläche sowohl nässeunempfindlich als auch feuch­ tigkeitsatmend ausgebildet ist und deren thermische, chemische und physikalische Eigenschaften dennoch mit denen vergleich­ barer oberflächenversiegelnder Beschich­ tungen bzw. Abdeckungen konkurrieren können.

Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungs­ gemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale erreicht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Aufgaben­ lösung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß wird somit von Deckschicht­ fasern ausgegangen, die praktisch von belie­ biger Natur sein können, also beispielsweise aus organischen oder anorganischen Fasern be­ stehen können, natürlichen oder synthetischen Ursprungs sein können, an die hinsichtlich ihrer Feuchtigkeitsaufnahmemöglichkeit oder Empfindlichkeit gegen andere Umwelteinflüsse praktisch keine Anforderungen gesetzt sind, und die schließlich darüber hinaus in ihrer Herstellung auch nicht unbedingt preiswert sein müssen, da nur sehr geringe Mengen, be­ zogen auf die eigentlich tragende Mittelschicht, zur Anwendung gelangen (Flächengewicht der Ge­ samtmatte je nach Anwendung 1000-2000 g/m²). Die hier geforderte, möglichst hochwertige Ober­ flächenversiegelung insbesondere auch in bezug auf eine hohe Wärmebeständigkeit, ist gewährleistet durch das Überziehen der vorzugsweise als Stapel­ fasern ausreichender Länge vorliegenden einzel­ nen Faser der Wirrfaserdeckschichten mit einem wärmehärtenden Bindemittel in einem bestimmten Verhältnis des Faserdurchmessers zur Bindemittelbe­ schichtung. Gleichzeitig ist die Gasdurchlässig­ keit und eine bedingte durch die Flächendichte der Deckschicht bestimmbare Feuchtigkeitsdurch­ lässigkeit am fertigen Formteil sichergestellt, weil die einzelnen mit einem wärmehärten­ den Bindemittel überzogenen Fasern innerhalb des Wirrfaservlieses zwischen sich homogen verteilt siebartig Durchlässe freigeben. Dadurch, daß das die Fasern umziehende Bindemittel teilweise vorkondensiert ist, erfolgt kein Abwandern von Bindemittelan­ teilen in die mittlere relativ saugfähige Wirrfaserschicht, die mit thermoplastischem Bindemittel beaufschlagt ist, so daß dieses im Oberflächenbereich nicht ausgedünnt wird und seine positiven Eigenschaften hier voll zum Tragen kommen. Durch die Maßnahme des Vorkondensierens ist praktisch die Viskosität des wärmehärtenden Bindemittels in den Deck­ schichten auch für den Preßvorgang definiert vorgebbar. Die quasi-Feuchtigkeitsaufnahme­ möglichkeit der mittleren Wirrfaserschicht durch die membranartig wirkenden Deckschich­ ten hindurch ist genau dosierbar und auf die einzelnen Anwendungsfälle optimal abstellbar. Die wärmebeständige Umhüllung der Deckschicht­ fasern versiegelt feuchtigkeitsdicht nur die einzelnen Fasern selbst, nicht jedoch das aus diesen gebildete Wirrfaservlies, die Fasern selbst werden beim Verpressen weder angelöst, noch kommen sie direkt mit den heißen Ober­ flächen der Preßwerkzeuge in Berührung, und sie behalten ihre vorgebbaren Festigkeits­ eigenschaften praktisch unabhängig von den für ein optimales Verpressen vorzugebenden Parameter bei. Die vorkondensierten Binde­ mittel als Umhüllung der einzelnen Fasern der Deckschichten sind von einer solchen Viskosität, daß eine vollständige Abdich­ tung der Wirrfasermittelschicht im Sinne einer Versiegelung, wie das bei Folienka­ schierungen der Fall ist, nicht auftreten kann. Die feuchtigkeitsregulierende Membran­ wirkung der Deckschichten gleicht signifikant meßbar sowohl hohe Temperaturschwankungen, als auch Feuchtigkeitsänderungen innerhalb einer mit aus solchen Mehrschichtmatten ge­ fertigten Formteilen ausgekleideten Fahrgast­ zelle von Personenkraftwagen in einer für die Insassen annehmbaren Weise aus. Überraschen­ derweise wurde in diesem Zusammenhang fest­ gestellt, daß selbst dann, wenn bei längerer Nässeeinwirkung eine Feuchtigkeitsaufnahme der Mittelschicht, beispielsweise aus ligno­ zellulose Fasern, in einem relativ hohen Maße erfolgt, die Dickenquellung des Formteils um etwa eine Zehnerpotenz geringer ist, als bei vergleichbaren Formteilen, die anstelle der membranartigen Deckschichten entweder Folienversiegelungen tragen oder anderweitig durch Bindemittel oder Beschichtungen voll­ ständig luft- und feuchtigkeitsdicht abge­ schlossen sind. Die feuchtigkeitssregulierende Membran ermöglicht somit selbst dann, wenn die Fasern der Mittelschicht an sich feuchtigkeits­ empfindlich sind, die Feuchtigkeitsaufnahme oder -eigenschaften des Formteils so zu re­ gulieren und gering zu halten, daß praktisch keine durch Quellung bedingten Maßänderungen auftreten, wenn Feuchtigkeit im Überfluß an dem Formteil ansteht. Dadurch, daß die ur­ sprünglichen Eigenschaften der einzeln voll­ ständig versiegelten Fasern der Deckschicht­ vliese voll erhalten bleiben, vor allem aber auch dadurch, daß die hochwertige Duroplast­ beleimung dieser Deckschichten praktisch voll­ ständig in diesen verbleibt und nicht zum Teil in die Mittelschicht eindiffundiert, weisen die verpreßten Formteile hervorragende Festigkeitseigenschaften, insbesondere eine hochfeste Schlagzähigkeit auf, wie auch Werte für die Biegefestigkeit und den Berstdruck, die sonst nur bei wesentlich höheren Duroplast- Bindemittelanteilen erreichbar sind. Die Deck­ schichten besitzen nach ihrem Verpressen zu­ sammen mit der Wirrfasermittelschicht zu Form­ teilen eine Mikroporosität, die, wie an sich widersprüchlich, trotz einer relativ hohen Aufnahmemöglichkeit von Feuchtigkeit im Inneren des Formteiles die bereits erwähnte hochstabile Maßhaltigkeit des Formteiles sicherstellt.

Das vorkondensierte duroplastische Bindemittel der Deckschicht verbindet dessen Fasern an de­ ren Überkreuzungspunkten, so daß die Deckschich­ ten im unverpreßten Zustand mit größerer Zug­ festigkeit versehen werden können, als die we­ nig zugfeste Mittelschicht. Hierdurch wird während des Verpressens der Matte zum Formteil der Verformungsvorgang stabilisiert, vor allem dann, wenn - wie beispielsweise bei Holzfaser­ matten - die Matte durch Aufdämpfen plastifi­ ziert wird, wobei die thermoplastisch gebunde­ nen Fasern der Mittelschicht ihre Bindung weit­ gehend verlieren, während die Bindefähigkeit des Vorkondensates der Deckschichten weit­ gehend erhalten bleibt. Die Durchlässigkeit der Deckschicht erlaubt es, bei Holzfaser­ matten die gewohnte Technologie beizubehalten, und zwar bei erweiterten Formgebungsmöglich­ keiten, verbesserten Formteileigenschaften und - wegen der stabilisierenden Wirkung der Deckschichten auf den Verformungsvorgang selbst - bei vermindertem Ausschuß.

Es ist vorteilhaft, für die Fasern der Deck­ schichten Kunststoffasern zu verwenden, deren Erweichungstemperatur oberhalb 200°C liegt. Derartige Fasern besitzen im Gegensatz zu vielen Mineralfasern hohe Querfestigkeiten und sind selbst bei tieferen Temperaturen nicht spröde, was zu Formteile mit großer Schlagzähigkeit in einem sehr weiten Temperaturbereich führt. Werden erhöhte Anforderungen an die Festigkeit und die Biegesteifigkeit der Teile gestellt, kann es zweckmäßig sein, wenn die Deckschichten zumindest teilweise - beispielsweise neben keramischen Fasern - aus Glasfasern bestehen.

Biegefestigkeit und Schlagzähigkeit der Formteile können auch verbessert werden, wenn wenigstens ein Teil der Fasern der Deckschicht Naturfasern sind. Da die Naturfasern bereits beim Lagern in der Regel zu vermehrter Feuchtigkeitsaufnahme neigen, ist es zweckmäßig, sie vor der Bindemittelzugabe und dessen Vorkondensation mit hydrophobierenden Mitteln vorzubehandeln. Verbesserte Festigkeits­ eigenschaften der Formteile lassen sich vor allem dann erzielen, wenn die Fasern, die die Wirrfaser­ vliese der Deckschichten bilden, im Mittel länger als 20 mm sind.

Beim Verpressen der Fasermatten zu Formteilen werden die Wirrfasern der Deckschichten durch das vorkondensierte Harz an den Kreuzungspunkten der Fasern noch mehr gebunden und verfestigt, soweit das durch das Vorkondensieren noch nicht erfolgt ist, und sind so in der Lage, in noch größerem Maße Zugkräfte aufzunehmen und so ge­ gebenenfalls die mechanischen Eigenschaften auch der Formteile zu verbessern.

Für die Herstellung der Mittelschichten kommen praktisch alle bekannten Faserarten in Betracht, wenn die Temperatur, bei der die Fasermatte zu Formteilen verpreßt wird, von den Fasern ohne Schädigung ertragen wird. Ähnliches gilt für die in der Mittelschicht verwendeten Bin­ demittel. An die Qualität der Fasern und der Bindemittel der Mittelschicht werden in der Regel geringere Anforderungen zu stellen sein, als sie für vergleichbare bekannte Fasermatten gefordert werden, insbesondere deshalb, weil die feuchteregulierenden Eigenschaften der Deckschichten auch die Verwendung feuchtigkeits­ empfindlicher Fasern gestattet.

Die erhöhte Viskosität des die Fasern umhüllenden Bindemittels beim Fertigpressen erzeugt nicht nur die gewünschte Mikroporigkeit, sondern auch noch eine - etwa dem Faserdurchmesser entsprechende - Oberflächenrauhigkeit, die im Zusammenwirken mit der Mikroporigkeit eine verbesserte Haftung etwa von Oberflächenlackierungen oder auch von Kaschie­ rungsklebern gewährleistet.

Insbesondere dann, wenn warmfest vernetzte Haft­ vermittler zwischen den Deckschichten und der mittleren Faservliesmatte verwendet werden, kann hierdurch die gewünschte Gasdurchlässigkeit leiden. Hier läßt sich vorteilhaft dadurch Abhilfe schaf­ fen, daß dieser Haftvermittler in punkt-, linien-, raster- oder gitterförmigen Mustern aufgetragen wird, wobei der nicht vom Haftvermittler benetzte Flächenanteil größer als 15% ist. Auf diese Weise läßt sich eine zufriedenstellende Gasdurchlässig­ keit der Haftvermittlungsschicht erzielen, ohne daß die warmfeste flächige Haftung der Deckschich­ ten beeinträchtigt wird. Zugkräfte während der Verformung können so großflächig zwischen den Deckschichten und der mittleren Faservliesmatte übertragen werden. Die musterförmige Beschichtung mit Haftvermittler kann dabei beispielsweise mit Hilfe von an sich bekannten Druckwalzen oder anderen zum Stand der Technik gehörenden Mitteln, wie Druck­ siebe oder dgl. problemlos realisiert werden, die "Gitterkonstanten" der Haftschichtmuster können in der Größenordnung zwischen einigen Millimetern bis zu einigen Zentimetern liegen, in Abhängigkeit von der Faserart, Faserlänge und dem Verformungsproblem.

Claims (6)

1. Fasermatte für das warme Verpressen zu Formteilen, bestehend aus einer mit Bindemittel beaufschlagten mittleren Wirrfaserschicht und je einer hochwärme­ beständigen, bindemittelhaltigen Wirrfaser-Deck­ schicht auf den beiden Oberflächen der Mittel­ schicht, wobei die Deckschichten einen festen Verbund mit der Mittelschicht bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht zumindest der unverpreßten Matte größere Zugfestigkeit aufweist, als die Mittelschicht und daß diese Deckschicht bei der zum Formteil verpreßten Matte als feuchtigkeits­ regulierende Membran ausgebildet ist, wobei das Flächengewicht des bindemittelfreien Anteils der hochwärmebeständigen Wirrfasern der Deckschicht 10 bis 100 g/m² beträgt, und die einzelnen Wirrfasern mit einem Anteil von 100 bis 200 Gew.-%, bezogen auf dieses Flächengewicht, mit einem vor dem Verpressen der Fasermatte bereits vorkondensierten Bindemittel faserumhüllend überzogen sind, so daß das Ver­ hältnis der Durchmesser zwischen den beschichteten und unbeschichteten Wirrfasern der Deckschicht zwischen 1,4 und 1,75 liegt.

2. Fasermatte nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fasern der Deckschichten aus Kunststoffen bestehen, deren Erweichungs­ punkt oberhalb von 200°C liegt.

3. Fasermatte nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fasern der Deckschicht zumindest teilweise Glasfasern sind.

4. Fasermatte nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern der Deckschicht zumindest teilweise Naturfasern sind, die von der Bindemittelzugabe und der Vorkonden­ sation mit hydrophobierenden Mitteln vorbe­ handelt sind.

5. Fasermatte nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Länge der die Wirrfaservliese der Deckschichten bildenden Fasern größer als 20 mm ist.

6. Formmatte nach Anspruch 1, dadurch gekenzeich­ net, daß zwischen der hochwärmebeständigen, bindemittelhaltigen Wirrfaser-Deckschicht auf den Oberflächen der mittleren Wirrfaserschicht für den festen Verbund der Schichten unterein­ ander ein warmfester Haftvermittler in punkt-, linien-, raster- oder gitterförmiger Verteilung vorgesehen ist, wobei die nicht vom Haftver­ mittler beaufschlagten Flächenanteile der Ver­ bundflächen größer als 15% der Gesamtfläche sind.