DE3739249A1 - Verfahren zum herstellen von artikeln aus polyurethanschaum und automobilsitz - Google Patents

Verfahren zum herstellen von artikeln aus polyurethanschaum und automobilsitz

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DE3739249A1 DE19873739249 DE3739249A DE3739249A1 DE 3739249 A1 DE3739249 A1 DE 3739249A1 DE 19873739249 DE19873739249 DE 19873739249 DE 3739249 A DE3739249 A DE 3739249A DE 3739249 A1 DE3739249 A1 DE 3739249A1
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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Polyurethanschäumen mit zwei oder mehr Zonen verschiedener Härte. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Polyurethanschäume, die für die Herstellung von Automobil­ sitzen, Mobiliar und ähnlichem geeignet sind.
Polyurethanschäume finden derzeit immer häufiger Anwendung, besonders in der Sitzmöbelindustrie. Die moderne Formgebung zwingt jedoch dazu, daß die Sitzgelegenheit nicht nur einen geringeren Querschnitt besitzen und weniger voluminös sein muß als früher, sondern daß sie auch so leicht wie möglich sein muß. Dieser letztgenannte Zwang wiegt bei Sesseln für Motorfahrzeuge besonders schwer, da sich hier die laufenden Entwicklungen auf eine bessere Ausnutzung des Kraftstoffs richten.
Bei dem Versuch, solche Bedürfnisse zu befriedigen, ohne den Komfort und die Stützeigenschaften des Sitzes zu beeinträch­ tigen, wurden einige Verbesserungen vorgeschlagen. Diese Ver­ besserungen umfassen die Verwendung von tragenden Drähten im Schaum und die Herstellung von Sitzen aus einzeln geformten Bestandteilen verschiedener Härte. Vor kurzem wurden jedoch zwei neue, alternative Techniken vorgeschlagen.
Die erste dieser Alternativen wurde in der US 41 90 697 be­ schrieben. Dieses Patent offenbart einen integralen Poly­ urethanschaum, der Schaumschichten mit unterschiedlicher Här­ te besitzt. So wird dort ein Sitzpolster offenbart, das eine stützende untere Schicht aus hartem Schaum unterhalb einer bequemeren, oberen Schicht aus weichen Schäumen umfaßt. Das Patent beschreibt auch ein Verfahren zum Herstellen solcher Polyurethanschäume durch Zugabe einer stabilen Schaumformulie­ rung zu einer Gießform, wobei man die stabile Schaumformulie­ rung aufgehen läßt und der aufgehenden stabilen Schaumformu­ lierung unter solchen Bedingungen eine weiche Schaumformulie­ rung zusetzt, daß die weiche Schaumformulierung durch die sta­ bile Schaumformulierung wandert und dabei die Schichtstruktur ergibt. Vorzugsweise wird die weiche Schaumformulierung zuge­ setzt, nachdem die feste Schaumformulierung ihr Volumen um etwa zwischen 10 und 80% ihrer potentiellen Volumenvergröße­ rung ausgedehnt hat.
Die andere alternative Technik wurde in unserem europäischen Patent 68 820 beschrieben. Dieses Patent offenbart ein Verfah­ ren zum Herstellen eines integralen Polyurethanschaums, der in einen weichen Schaum eingekapselte Zonen eines festen Schaums umfaßt, was für die Herstellung von Seitenwülsten und Lendenstützen für Automobilsitze besonders geeignet ist. Das Verfahren zum Herstellen solcher Schäume umfaßt als erstes die Zugabe einer weichen Schaumformulierung zu einer Form, das Expandierenlassen der weichen Schaumformulierung und das Zusetzen einer festen Schaumformulierung unter solchen Be­ dingungen, bei denen die feste Schaumformulierung nicht durch die weiche Schaumformulierung wandert, sondern statt dessen von ihr eingekapselt wird. Der feste Schaum wird vorzugsweise entweder (1) zu einem Zeitpunkt, an dem die weiche Schaumfor­ mulierung um ein Volumen im Bereich von 250% bis 1400% ihres ursprünglichen Volumens expandiert ist, oder (2) um zwischen t + 3 und t + 5 (t in Sekunden ist die Rahmzeit der weichen Schaumformulierung), nachdem die weiche Schaumformu­ lierung zugegeben wurde, zugesetzt.
Beide oben beschriebenen Techniken ermöglichen die Herstel­ lung von Sitzgelegenheiten mit kleinem Querschnitt und nied­ rigem Gewicht, die angemessene Stützeigenschaften besitzen.
Obwohl beide Technologien einen technischen Fortschritt gegen­ über den älteren Herstellungsverfahren für Sitzgelegenheiten darstellen, leiden sie nichtsdestotrotz unter Nachteilen. Ein Nachteil tritt auf, wenn man diese Techniken auf das Gießform­ verfahren anwendet. In der Praxis besitzen viele Sitze eine komplexe Formgebung und haben eine entsprechend komplexe Gieß­ form. Solche Gießformen machen das Ausformen mit mehr als einem Schaum zu einem komplizierten Verfahren, das häufig auf­ wendige Schaumzugabe-Abfolgen erfordert. Dieses Problem wird dadurch verschärft, daß man bei solchen Techniken die Schaum­ formulierungen zu bestimmten, definierten Zeiten eindosieren muß und daß man den Entformungszeitpunkt so schnell wie mög­ lich erreichen muß. Darüber hinaus ist häufig eine der beiden Techniken für einen bestimmten Teil der Form geeigneter als für den anderen.
Es ist nun ein Dosierverfahren entwickelt worden, das sich besonders für das Herstellen von Polyurethanschaumsitzen mit niedrigem Gewicht des Typs eignet, der eine Sitzfläche und zwei Seitenwülste umfaßt. Das erfindungsgemäße Verfahren be­ sitzt den besonderen Vorteil, daß unter Verwendung von nur zwei Schaumformulierungen und nur zweimaligem Ändern der For­ mulierung ein vielfach geschäumter Artikel hergestellt werden kann.
Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung ein Verfah­ ren zum Herstellen von Artikeln aus Polyurethanschaum des Typs zur Verfügung, der eine zentrale stützende Fläche und zwei Seitenwülste umfaßt, wobei die zentrale stützende Fläche Schichten aus hartem Schaum und weichem Schaum umfaßt und die genannten Seitenwülste Zonen mit in weichem Schaum eingekapsel­ tem hartem Schaum enthalten, indem zwei oder mehrere Polyure­ thanschaum-Formulierungen in eine Gießform eingegeben werden, die der Form des genannten Artikels entspricht, wobei dieses Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
  • (1) Einbringen einer weichen Schaumformulierung in die Seitenwulst-Teile der Gießform und Expandierenlassen dieser Formulierung,
  • (2) Einbringen einer harten Schaumformulierung in den zentra­ len Stützteil der Gießform und Expandierenlassen dieser Formulierung,
  • (3) Einbringen einer harten Schaumformulierung in die aufge­ hende weiche Schaumformulierung in den Seitenwulst-Teilen der Gießform, wenn die weiche Schaumformulierung um zwischen 100% und 1400% ihres ursprünglichen Volumens expandiert ist, so daß die feste Schaumformulierung durch den weichen Schaum eingekapselt wird,
  • (4) Einführen einer weichen Schaumformulierung in die aufge­ hende harte Schaumformulierung im zentralen stützenden Teil, wenn die harte Schaumformulierung unter solchen Be­ dingungen um zwischen 10 und 80% ihrer möglichen Volumen­ vergrößerung expandiert ist, bei denen die weiche Schaum­ formulierung durch die harte hindurchtritt.
Während des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Artikel aus Polyurethanschaum hergestellt, der nach der Entformung eine zentrale stützende Fläche, die eine Schicht eines stützenden, harten Schaums unter einer bequemen Schicht eines weichen Schaums enthält, und Seitenwülste umfaßt, die, eingekapselt in den weichen Schaum, eine stützende Zone festen Schaums ent­ halten.
Die Polyurethanschaum-Artikel eignen sich für Sitz- oder Rüc­ kenteile von Automobilsitzgelegenheiten. Im ersteren Fall ist die zentrale stützende Fläche der Sitz, während sie im letzte­ ren die Rückenstütze ist.
Die in diesem Verfahren verwendete(n) weiche(n) Schaumformu­ lierung oder -formulierungen ist bzw. sind vorzugsweise (eine) solche, aus der (denen) im gehärteten Endzustand ein Polyurethanschaum mit einer Dichte von zwischen 35 und 70 kgm-3 entsteht. Solche weichen Schaumformulierungen umfassen ein polyfunktionelles Isocyanat, einen polyfunktionellen Alkohol (z. B. Polyetherpolyole oder polymere Polyole) und ein Blähmittel, zusammen mit fakultativen weiteren Zusätzen wie Schaumstabilisatoren, Vernetzungsmitteln, Füllmitteln, Farb­ stoffen, Flammverzögerungsmitteln und ähnlichem. Typische Be­ standteile sind in der EP 68 820 beschrieben. Das Zusammenge­ ben solcher Komponenten für die Herstellung von Polyurethan­ schäumen bevorzugter Dichte wird den Fachleuten bekannt sein. Der Fachmann wird außerdem mit den Methoden vertraut sein, mit denen die Schäumgeschwindigkeit beschleunigt oder verlang­ samt werden kann, um den Entformungszeitpunkt mit den Erfor­ dernissen der Zuführ-Abfolge in Einklang zu bringen.
Betrachtet man die harte(n) Schaumformulierung(en), die in diesem Verfahren zum Einsatz kommen, so ist (sind) diese vor­ zugsweise (eine) solche, aus denen im gehärteten Endzustand ebenfalls ein Polyurethanschaum mit einer Dichte von zwischen 35 und 70 kgm-3 entsteht. Die harte Schaumformulierung kann sowohl für die zentrale Sitzfläche als auch für die Seiten­ wülste derselbe sein, oder es werden Formulierungen mit unter­ schiedlicher, im obengenannten Bereich liegender Härte verwen­ det. Für die Herstellung solcher Formulierungen werden die oben beschriebenen Bestandteile verwendet. Auch hier wird der Fachmann wieder damit vertraut sein, wie diese zu formulieren sind.
Ein Verfahren zum Variieren der Härte der Polyurethanschäume ist die Verwendung von polymeren Polyolen in der Schaumformu­ lierung. Veränderungen in der Härte erreicht man, indem man polymere Polyole mit verschiedenem Feststoffgehalt in den har­ ten und weichen Schaumformulierungen einsetzt.
Alternativ ist dies zugänglich, indem man entweder TDI oder MDI als polyfunktionelles Isocyanat benutzt und Formulie­ rungen mit unterschiedlichem Index verwendet.
Im Schritt (3) wird der harte Schaum zugesetzt, wenn der wei­ che Schaum um zwischen 100% und 1400% seines originalen Vo­ lumens expandiert ist. Es ist bevorzugt, den harten Schaum zu­ zusetzen, wenn der weiche Schaum um zwischen 100% und 500%, bevorzugter um zwischen 150 und 350% und am meisten bevor­ zugt um zwischen 150 und 250% seines ursprünglichen Volumens expandiert ist.
Die harte Schaumformulierung kann bei ihrem Einsatz im obigen Schritt (3) teilweise aufgeschäumt werden, indem ein Inertgas wie Luft, Kohlendioxid, Stickstoff und ähnliches oder ein stark flüchtiger Fluorkohlenstoff wie CCl3F, CCl2F2, HCFCl2 und ähnliches verwendet wird. Dieser Schäumer, der zusätzlich zum hauptsächlichen Blähmittel verwendet wird, schäumt die Formulierung teilweise auf und ermöglicht damit, daß die Dich­ te der harten Schaumformulierung derjenigen der aufgehenden weichen Schaumformulierung stärker angepaßt ist.
Weiterhin ist zu bevorzugen, obwohl in keiner Weise notwen­ dig, daß schmale Einsätze zwischen die Seitenwülste und die Stützflächen der Gießform eingebracht werden, um die Formu­ lierungen daran zu hindern, beim ersten Eingießen zu weit zu fließen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun bezüglich der Fig. 1 bis 6 beschrieben, die ein Beispiel des Herstellungsverfah­ rens illustrieren.
Eine typische Gießform für einen Automobilsitz (1) umfaßt ein Paar Hohlräume für die Seitenwülste (2) an jeder der beiden Seiten einer zentralen Sitzfläche. Jeder Hohlraum für die Sei­ tenwülste (2) wird aus einer Dosiervorrichtung (3) mit einer anteiligen Menge einer weichen Schaumformulierung (4) aus einem Polyurethanschaum beschickt (Fig. 1).
Sobald die Hohlräume für die Seitenwülste (2) befüllt sind, wird die Polyurethanschaum-Dosiervorrichtung einjustiert, und die zentrale Sitzfläche wird mit einer harten Schaumformulie­ rung (5) beschickt (Fig. 2).
Sobald die weiche Schaumformulierung (4) um 250% ihres ur­ sprünglichen Volumens expandiert ist, wird die Dosiervorrich­ tung (3) für den Polyurethanschaum eingesetzt, um die Hohlräu­ me für die Seitenwülste mit einer harten Schaumformulierung (6) zu beschicken. Die harte Schaumformulierung (6) hat eine solche Natur, daß sie von der weichen Formulierung (4) einge­ kapselt wird (Fig. 3).
Die Polyurethanschaum-Formulierung wird wiederum neu einge­ stellt, so daß eine weiche Schaumformulierung produziert wird, und die zentrale Sitzfläche wird mit einer weichen Schaumfor­ mulierung (7) beschickt, sobald die harte Schaumformulierung um 50% ihrer möglichen Volumenvergrößerung expandiert ist. Die weiche Schaumformulierung wird unter solchen Bedingungen eingebracht, daß sie durch die harte Schaumformulierung (5) hindurchtritt und am Boden der zentralen Sitzfläche eine Schicht bildet (Fig. 4).
Der Deckel (8) der Gießform wird verschlossen, und man läßt die Bestandteile der Form fertig expandieren und härten (Fig. 5).
Ein fertiger, entformter Automobilsitz ist in Fig. 6 darge­ stellt.
Zwei für den Gebrauch im oben beschriebenen Herstellungsver­ fahren geeignete Schaumformulierungen sind:
Weicher SchaumGew.-Teile
Polymeres Polyol (BP-U1315) - 16% Styrol/Acrylnitril-Copolymer-Gehalt100 Wasser  3,2 Al-Amin-Katalysator (ex UCC)  0,05 33LV-Amin-Katalysator (ex Air Products)  0,5 BP SH-207 - Silikon-Tensid  0,8 Isocyanat - 80% TDI (80/20) und 20% rohes MDIausreichend, um den Index der Formulie­ rung = 100 zu machen
Harter SchaumGew.-Teile
Polymeres Polyol (BP-RP1318) - 30% Styrol/Acrylnitril-Copolymer-Gehalt100 Wasser 28 Diethanolamin  0,5 33LV  0,7 BP SH-209 - Silikon-Tensid  1,0 Isocyanat - 80% TDI (80/20) und 20% rohes MDIausreichend, um den Index der Formulie­ rung = 100 zu machen

Claims (10)

1. Verfahren zum Herstellen von Artikeln aus Polyurethan­ schaum des Typs, der eine zentrale stützende Fläche und zwei Seitenwülste umfaßt, wobei die zentrale stützende Fläche Schichten aus hartem Schaum und weichem Schaum umfaßt und die Seitenwülste Zonen mit in einen weichen Schaum eingekapseltem hartem Schaum enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Polyurethanschaum-Formulierungen in eine Gieß­ form eingebracht werden, die der Form des genannten Artikels entspricht, wobei dieses Verfahren die folgenden Schritte um­ faßt:
  • (1) Einbringen einer weichen Schaumformulierung in die Seitenwulst-Teile der Gießform und Expandierenlassen dieser Formulierung,
  • (2) Einbringen einer harten Schaumformulierung in den zentra­ len Stützteil der Gießform und Expandierenlassen dieser Formulierung,
  • (3) Einbringen einer harten Schaumformulierung in die aufge­ hende weiche Schaumformulierung in den Seitenwulst-Teilen der Gießform, wenn die weiche Schaumformulierung um zwischen 100% und 1400% ihres ursprünglichen Volumens expandiert ist, so daß die feste Schaumformulierung durch den weichen Schaum eingekapselt wird,
  • (4) Einführen einer weichen Schaumformulierung in die aufge­ hende harte Schaumformulierung im zentralen stützenden Teil, wenn die harte Schaumformulierung unter solchen Be­ dingungen um zwischen 10 und 80% ihrer möglichen Volumen­ vergrößerung expandiert ist, bei denen die weiche Schaum­ formulierung durch die harte hindurchtritt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt (3) die weiche Schaumformulierung zwischen 100% und 500% expandiert ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt (3) die weiche Schaumformulierung zwischen 150% und 300% expandiert ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt (3) die weiche Schaumformulierung zwischen 150% und 250% expandiert ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte der Schäume dadurch variiert wird, daß polymere Polyole mit verschiedenen Feststoffgehalten eingesetzt wer­ den.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumformulierungen TDI und MDI enthalten, und daß die Härte der Schäume dadurch variiert wird, daß Formulie­ rungen mit unterschiedlichem Index eingesetzt werden.
7. Verfahren nach einem beliebigen der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die harte Schaumfor­ mulierung beim Einsatz in Schritt (3) mit entweder einem Inertgas oder einem stark flüchtigen Fluorkohlenstoff aufge­ schäumt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß schmale Einsätze zwischen die Seitenwülste und die Stütz­ flächen der Gießform eingebracht werden, um zu verhindern, daß die Formulierungen beim anfänglichen Eingießen zu weit fließen.
9. Automobilsitz, der an beiden Seiten einer zentralen Stützfläche ein Paar Seitenwülste umfaßt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beide Seitenwülste eine oder mehrere Zonen eines in einen weichen Polyurethanschaum eingekapselten festen Polyurethanschaums enthalten und daß die zentrale Stützfläche eine Schicht des weichen Schaums oben auf einer Schicht des harten Schaums enthält.
10. Automobilsitz nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß sowohl der harte als auch der weiche Polyurethan­ schaum eine Dichte von zwischen 35 und 70 kgm-3 besitzen.
DE19873739249 1986-11-20 1987-11-19 Verfahren zum herstellen von artikeln aus polyurethanschaum und automobilsitz Withdrawn DE3739249A1 (de)

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