DE3814996A1 - Verfahren zur herstellung einer fasermatte - Google Patents
Verfahren zur herstellung einer fasermatteInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer
Fasermatte geringer Dichte aus Fasern sowie duroplastischen
und thermoplastischen Bindemitteln, die durch Pressen bei
erhöhter Temperatur zu Formteilen umformbar ist, indem
eine Mischung aus Fasern und Bindemitteln zu einem Vlies
ausgestreut und dieses zu einer transportfähigen Fasermatte
bei erhöhter Temperatur verdichtet wird.
Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (DE 28 45 112 C3)
werden die Fasern zusammen mit trockenem Bindemittel in
Pulverform gemahlen und dabei zugleich gemischt und diese
Mischung dann zu einem Vlies ausgestreut, das anschließend
bei erhöhter Temperatur zu einer Matte verdichtet wird.
Die zugeführte Wärme führt zu einer Teilaktivierung der
Bindemittel bzw. bestimmter Komponenten, insbesondere der
thermoplastischen Komponenten, so daß ein Faserverbund
erhalten wird, der zwar eine geringe Dichte, jedoch eine
ausreichende Transport- und Lagerstabilität aufweist. Die
Matte wird dann zu transport- und handhabungsfähigen Zu
schnitten aufgeteilt. Aus der Fasermatte bzw. den Zu
schnitten werden durch Pressen bei weiter erhöhter Tem
peratur Formteile hergestellt, die vielfältigen Anwendungs
zwecken dienen, beispielsweise als Teile für die Innenver
kleidung von Kraftfahrzeugen, als Möbelformteile etc. Bei
diesem Umformvorgang werden vor allem die duroplastischen
Komponenten der Bindemittel aktiviert und verleihen dem
Formteil nach dem Preßvorgang die erforderliche Formstabi
lität.
Zur Erzielung besonderer physikalischer Eigenschaften,
z.B. einer erhöhten Naßfestigkei und Tropenklima-Beständig
keit müssen häufig flüssige bzw. wäßrige Bindemittel in
die Fasermischung eingebracht werden, um die einzelnen
Fasern zu beleimen. Ferner werden der Mischung Additive
zugesetzt, die die chemisch-physikalischen Eigenschaften
in einer bestimmten Richtung beeinflussen sollen. Hierzu
zählen beispielsweise Formtrennmittel für den späteren
Preßvorgang, Hydrophobierungsmittel, Elastifizierungsmittel,
Fungizide, Farbpigmente od.dgl. Fasermatten der vorgenannten
Art werden in großen Mengen zu Formteilen verarbeitet und
haben sich in der Praxis ausgezeichnet bewährt.
Von Nachteil ist bei den bekannten Fasermatten bzw. den
zu ihrer Herstellung dienenden Verfahren die Tatsache,
daß sämtliche Komponenten, die den Fasern zugemischt wer
den, in der gesamten Mischung und damit auch innerhalb
der Fasermatte homogen verteilt vorliegen. Es muß deshalb
die für ein bestimmtes chemisch-physikalisches bzw. tech
nisches Verhalten des Formteils notwendige Menge an Binde
mitteln oder Additiven im gesamten Querschnitt der Matte
bzw. des Formteils vorhanden sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die physikalischen,
technischen oder chemischen Eigenschaften der Fasermatte
bzw. des hieraus hergestellten Formteils in definierter
Weise örtlich zu beeinflussen und die Menge an Bindemitteln
oder Additiven auf das für ein gewünschtes Verhalten not
wendige Maß zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
die Fasermatte oder Zuschnitte derselben durch ein Walzen
paar mit polierten Walzenoberflächen hindurchgeführt und
mittels wenigstens einer Walze Bindemittel aus wäßriger
Phase auf die ihr zugekehrte Seite der Fasermatte unter
Druckeinwirkung aufgetragen wird, und daß die Fasermatte
durch das Walzenpaar mit einer geringeren Geschwindigkeit
als deren Umfangsgeschwindigkeit und im Anschluß an das Wal
zenpaar durch eine Trocknungsstrecke geführt wird.
Es ist zwar bekannt, auf Fasermatten, beispielsweise Glas
fasermatten, oberflächig Bindemittel aufzubringen, was
bisher durch Sprühen, Tauchen, durch Aufgießen mittels
Spaltdüsen oder durch Rakelauftrag geschieht. Alle diese
bekannten Methoden führen jedoch zu einem ungleichmäßigen
Bindemittelauftrag, insbesondere zu einer ungleichmäßigen
Oberfläche, die eine Weiterverarbeitung zu Formteilen nicht
oder nur bei Verwendung bestimmter Fasern zuläßt. Diese
Verfahren haben insbesondere den Nachteil, daß nicht alle
Fasern in die Oberfläche eingelagert, also eine glatte
Oberfläche erhalten werden kann. Es entstehen auf der Ober
fläche Schlieren oder Lufteinschlüsse. Um eine einwandfreie
Oberflächenqualität zu erhalten, mußte man deshalb bisher
das Vlies aus zwei oder mehr hintereinander aufgestreuten
Faserschichten bilden, von denen jede die für das endgül
tige Formteil gewünschte Zusammensetzung aufweist.
Praktische Versuche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
haben gezeigt, daß ein Walzenauftrag von Bindemitteln aus
wäßriger Phase dann zu einer einwandfreien Oberflächen
qualität führt, wenn polierte Stahlwalzen verwendet werden
und der Auftrag unter leichter Druckeinwirkung und mit
einer Transportgeschwindigkeit der Fasermatte erfolgt, die
geringer ist als die Umlaufgeschwindigkeit der Walzen. Im
Anschluß an die Trockenstrecke wird dann eine Fasermatte
mit voluminösem Kern mit sehr geringer Dichte und demgegen
über dichteren Deckschichten erhalten. Dabei sind die Binde
mittel in den Deckschichten gegenüber der Kernschicht ange
reichert. Eine geringe Dichte bei zugleich guter Form
stabilität wird insbesondere bei KFZ-Verkleidungsteilen
angestrebt. Beispielsweise wird für Türverkleidungen, die
aus herkömmlichen Fasermatten geformt werden, eine Dichte
von 1,0 bis 1,1 g/cm3 erreicht, wohingegen mit dem erfin
dungsgemäßen Verfahren die Dichte auf 0,7 bis 0,8 g/cm3
reduziert werden kann, so daß eine leichte, gleichwohl aber
steife Verkleidung erhalten wird. Bei einem Dachhimmel, der
stark dämpfende Eigenschaften haben soll, lassen sich Dich
ten zwischen 0,05 (partiell) und 1,0 g/cm3 bei bis zu
20 mm Wandstärke und hoher Formbeständigkeit erzielen.
Es ist ferner möglich, bestimmte Additive nur in die Deck
schichten einzuarbeiten, um eine bestimmte Oberflächen
qualität zu erreichen. Auch können die mittels der Walzen
aufgetragenen Bindemittel so ausgewählt werden, daß die
Fasermatte bzw. das hieraus hergestellte Formteil bestimmte
Anforderungen an die Oberfläche erfüllt. Fasermatten dieses
Aufbaus lassen sich insbesondere zu Formteilen mit einwand
frei glatter Oberfläche verarbeiten. Auch lassen sich Ober
flächen mit einer Feuchtigkeitssperre bei wechselnden Klima
bedingungen erzielen, so daß die bisher für diesen Zweck
notwendige PE-Folie entfallen kann, gleichwohl ein Verzug
durch wechselnden Feuchtegehalt ausgeschlossen ist. Die
erzielbare glatte Oberfläche führt beim direkten Lackieren
oder Einfärben des Formteils zu einer Reduzierung des
Bedarfs an Lack und Farbe. Wird das Formteil statt dessen
kaschiert, kann der hierfür notwendige Kleber sparsamer
eingesetzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann so ausgeführt werden,
daß die Bindemittel aus der wäßrigen Phase nur auf einer
Seite aufgetragen werden. Vorzugsweise wird man jedoch
einen Auftrag auf beiden Seiten vorsehen, wobei dieser
Auftrag gleichzeitig mittels nur eines Walzenpaars erfolgen
kann.
In einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden
Bindemittel mit vornehmlich duroplastischen Binderanteilen
aufgetragen. Aus einer solchen Fasermatte lassen sich Form
teile größerer Härte und Steifigkeit erzeugen. Stattdessen
können auch Bindemittel mit vornehmlich thermoplastischen
Binderanteilen aufgetragen werden. Hieraus lassen sich
Formteile größerer Elastizität herstellen.
Das Bindemittel kann prinzipiell aus einer Lösung, einer
Emulsion oder einer Dispersion aufgetragen werden, wobei
wäßrigen Emulsionen oder Dispersionen der Vorzug zu geben
ist. Hierfür kommen insbesondere als duroplastische Anteile
Phenol-, Resol-, Melamin- oder Harnstoffharze in Frage,
während als thermoplastische Komponenten Homo- oder Copoly
mere, wie Acrylharze, Butadien-Styrol, Butadien-Acrylnitril,
Polyurethane, Polyester und Vinylesterharze eingesetzt
werden können. Es ist natürlich auch jede beliebige Kombi
nation für ein solches Bindemittelsystem möglich.
Wie bereits angedeutet, können der wäßrigen Phase des
Bindemittels Zusätze, die das physikalische, technische
oder chemische Verhalten der Fasermatte und/oder des hieraus
gepreßten Formteils beeinflussen, zugegeben und mit dem
Bindemittel auf die Fasermatte aufgetragen werden. Als
Zusätze kommen insbesondere Hydrophobierungsmittel, z.B.
Paraffinemulsionen, Formtrennmittel, z.B. sulfonierte Fett
säuren, Elastifizierungsmittel, z.B. Polyäthylenglykole,
die mit gewissen Bindern, nämlich Kondensationsharzen rea
gieren können, sowie Fungizide, Farbpigmente, Flammschutz
mittel, Antioxydantien, Netzmittel od.dgl. in Frage. Ebenso
wie durch den Bindemittelauftrag aus der wäßrigen Phase, wo
das physikalische und technische Verhalten des Formteils
in den Schichten, wo es notwendig ist, beeinflußt werden
kann, werden durch die Zugabe der Zusätze nur in den Deck
schichten der Fasermatte die durch die Zusätze angestrebten
Eigenschaften nur dort gezielt erzeugt, wo sie notwendig
sind. Auf diese Weise lassen sich die Bindemittel oder
Additive nicht nur örtlich gezielt anreichern, sondern
die für die Erzielung einer bestimmten Eigenschaft notwendi
ge Menge auch auf das erforderliche Maß reduzieren, indem
die Bindemittel oder Zusätze nicht mehr über den gesamten
Matten- bzw. Formteilquerschnitt homogen verteilt sind.
Es ist ferner möglich, der wäßrigen Phase des Bindemittels
bei erhöhter Temperatur wirksam werdende Treibmittel oder
schäumfähige Harze anteilig zuzugeben. Diese schäumfähigen
Harze werden beispielsweise erst anläßlich des Umformens
zu einem Formteil, was bei erhöhter Temperatur geschieht,
schichten bei ausreichender Härte und Oberflächenqualität
eine geringe Dichte erzielen.
Das erfindungsgemäße Verfahren eröffnet ferner die Möglich
keit, in die Fasermischung vor der Herstellung der Faser
matte ausschließlich Bindemittel in Pulverform zuzugeben,
so daß eine trockene Verarbeitung der Fasermischung zu
einem Vlies möglich ist, während diejenigen Bindemittel,
die zu einer Faserimprägnierung führen, mittels der Walzen
aufgetragen werden.
Als vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die Bindemittel
aus einer wäßrigen Phase in einer Menge zwischen 10 und
150 g/m2, vorzugsweise zwischen 60 und 80 g/m2 aufgetragen
werden.
Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn eine
Bindemittel-Lösung, Dispersion oder Emulsion mit einem
Feststoffgehalt von 10 bis 60 Gew.%, vorzugsweise von 30
bis 40 Gew.% verwendet wird. Hiermit läßt sich beim Walzen
auftrag eine einwandfreie Oberfläche erzielen.
Das Auftragen der Bindemittel kann zwar prinzipiell von
der Herstellung der transportfesten Fasermatte räumlich
und zeitlich getrennt und beispielsweise in dem Verarbei
tungswerk, wo die Formteile produziert werden, durchgeführt
werden, vorzugsweise jedoch ist vorgesehen, daß die Faser
matte anläßlich ihrer Herstellung unmittelbar nach dem
Verdichten zur Transportfestigkeit durch das Walzenpaar
geführt wird. Damit ergibt sich ein kontinuierliches Durch
laufverfahren vom Ausstreuen der Mischung zu einem Vlies
bis zur Erzeugung der Fasermatte mit den gewünschten Eigen
schaften in den Deckschichten.
Dabei wird die Fasermatte vorzugsweise mit der beim Ver
dichten zur Transportfestigkeit notwendigen erhöhten Tem
peratur dem Walzenpaar zum Auftragen der Bindemittel aus
der wäßrigen Phase zugeführt, so daß der noch vorhandene
Wärmeinhalt der Fasermatte genutzt und das Trocknen der
Fasermatte beschleunigt wird.
Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens ist ferner von
Vorteil, wenn die beim Aufwärmen anläßlich des Verdichtens
der Fasermatte anfallende Abluft zum Trocknen der Fasermatte
nach dem Auftragen der Bindemittel aus der wäßrigen Phase
verwendet wird, so daß sich eine günstige Energiebilanz
ergibt. Die Fasermatte wird also nicht wie bisher im
Anschluß an die Verdichtung, sondern erst nach dem Binde
mittel-Auftrag getrocknet. Damit ergibt sich vor allem der
Vorteil, daß die Herstellung der Fasermatte gegenüber dem
herkömmlichen System nicht zu einer Verteuerung führt. Die
Feuchtigkeit wird dabei von etwa ursprünglich 20% auf 7
bis 10% verringert.
Schließlich ist vorgesehen, daß die Fasermatte nach dem
Trocknen gekühlt wird, z. B. auf 40 Grad Celsius, um
ein Stapeln der Mattenzuschnitte zu ermöglichen, ohne daß
die Zuschnitte verkleben.
Nachstehend sind einige Ausführungsbeispiele angegeben:
Es werden 75% Phenolharz (in einer 35-%-Dispersion), 3%
Trennmittelemulsion (in einer 50-%-Emulsion) und 22% Acrylat
dispersion (in einer 35-%-Lösung) aus wäßriger Phase auf
eine Fasermatte mit Fasern aus vornehmlich Abfallstoffen
(Papier, Pappe, Jute, Textilien) aufgebracht. Aus einer
solchen Fasermatte lassen sich Formteile großer Steifigkeit
herstellen.
Es werden 70% Butadien-Acrylnitril (in 45-%-Dispersion),
8% Polyäthylenglykol 400 (niedriges Molgewicht), 5% Hydro
phobierungsmittel (in 30-%-Emulsion) und 13% Melaminharz
(in 50-%-Dispersion) auf eine Fasermatte aus Fasern o.g.
Aufbaus aufgetragen. Aus einer solchen Fasermatte lassen
sich Formteile großer Flexibilität herstellen.
Es werden 60% Phenolharz (35-%-Lösung), 8% Natrium
hydrogenkarbonat (Schäummittel), 0,2% Netzmittel, 3,8%
Hydrophobierungsmittel (30-%-Emulsion), 14% Acrylat
dispersion - vernetzend (60-%-Dispersion) und 14% Acrylat
dispersion - thermoplastisch (50-%-Dispersion) auf eine
Fasermatte mit Fasern o.g. Aufbaus aufgetragen. Beim Ver
pressen der Fasermatte bei erhöhter Temperatur zu einem
Formteil werden die Harzkomponenten aufgeschäumt. Es ent
steht ein stabiles Formteil von sehr geringer Dichte.
Claims (21)
1. Verfahren zur Herstellung einer Fasermatte geringer
Dichte aus Fasern sowie duroplastischen und thermo
plastischen Bindemitteln, die durch Pressen bei
erhöhter Temperatur zu Formteilen umformbar ist,
indem eine Mischung aus Fasern und Bindemitteln
zu einem Vlies ausgestreut und dieses zu einer
transportfähigen Fasermatte bei erhöhter Temperatur
verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die
Fasermatte oder Zuschnitte derselben durch ein
Walzenpaar mit polierten Walzenoberflächen hindurch
geführt und mittels wenigstens einer Walze Binde
mittel aus flüssiger Phase auf die ihr zugekehrte
Seite der Fasermatte unter Druckeinwirkung aufge
tragen wird, und daß die Fasermatte durch das Walzen
paar mit einer geringeren Geschwindigkeit als deren
Umfangsgeschwindigkeit und im Anschluß an das Wal
zenpaar durch eine Trocknungsstrecke geführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Bindemittel auf beiden Seiten der Fasermatte
durch Walzen aufgetragen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Bindemittel beim Durchlauf durch
das Walzenpaar gleichzeitig auf beiden Seiten der
Fasermatte aufgetragen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß Bindemittel mit vornehmlich
duroplastischen Binderanteilen aufgetragen werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß Bindemittel mit vornehmlich
thermoplastischen Binderanteilen aufgetragen werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das Bindemittel aus einer Lösung,
einer Emulsion oder einer Dispersion aufgetragen
wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der wäßrigen Phase des Binde
mittels Zusätze, die das physikalische und/oder
chemische Verhalten der Fasermatte und/oder des
hieraus gepreßten Formteils beeinflussen, zugegeben
und auf die Fasermatte aufgetragen werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der wäßrigen Phase des Bindemittels Hydropho
bierungsmittel, Formtrennmittel, Elastifizierungs
mittel, Fungizide, Farbpigmente od.dgl. zugegeben
werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der wäßrigen Phase des Binde
mittels bei erhöhter Temperatur wirksam werdende
Treibmittel oder schäumfähige Harze anteilig zuge
geben werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die für das fertige Formteil
notwendige Menge an duroplastischen und thermo
plastischen Bindemitteln teilweise in die Faser
mischung vor der Herstellung der Fasermatte, teil
weise über den Auftrag aus der wäßrigen Phase
zugegeben wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da
durch gekennzeichnet, daß in die Fasermischung
vor der Herstellung der Fasermatte ausschließlich
Bindemittel in Pulverform zugegeben werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bindemittel aus der wäßri
gen Phase in einer Menge zwischen 10 und 150 g/m2,
vorzugszweise zwischen 60 und 80 g/m2, aufgetragen
werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Bindemittel-Lösung, Disper
sion oder Emulsion mit einem Feststoffgehalt von
10 bis 60 Gew.%, vorzugsweise von 30 bis 50 Gew.%
verwendet wird.
14. Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche
1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasermatte
anläßlich ihrer Herstellung unmittelbar nach dem
Verdichten zur Transportfestigkeit durch das Walzen
paar zum Auftragen der Bindemittel aus der wäßrigen
Phase geführt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da
durch gekennzeichnet, daß die Fasermatte mit der
beim Verdichten zur Transportfestigkeit notwendigen
erhöhten Temperatur dem Walzenpaar zum Auftragen
der Bindemittel aus der wäßrigen Phase zugeführt
wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß die Fasermatte nach dem Auf
tragen des Bindemittels getrocknet wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, da
durch gekennzeichnet, daß die beim Aufwärmen an
läßlich des Verdichtens der Fasermatte anfallende
Abluft zum Trocknen der Fasermatte nach dem Auf
tragen der Bindemittel aus der wäßrigen Phase
verwendet wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, daß die Fasermatte bis auf eine
Restfeuchte von 7 bis 10% getrennt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, daß die Fasermatte nach dem Trocknen
gekühlt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,
daß die Fasermatte auf eine Temperatur 40 Grad
Celsius gekühlt wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch
gekennzeichnet, daß die Fasermatte nach dem Abkühlen
zugeschnitten wird und die Zuschnitte gestapelt
werden.
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