DE4207243A1 - Poroese formteile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft poröse, flächige Formteile auf Basis eines mit Fasermatten verstärkten Polyolefins.

Poröse, flächige Formteile auf Basis von glasmattenverstärk­ ten thermoplastischen Kunststoffen sind aus der US-A 38 65 661 bekannt. Sie werden hergestellt, indem man ein thermoplastisches Harz, z. B. ein Polyolefin, mit einer Glasfasermatte bei erhöhter Temperatur zu einem Vorformling verpreßt und abkühlt, und diesen dann wieder auf eine Tempe­ ratur oberhalb der Fließtemperatur des Thermoplasten er­ hitzt, wobei die Glasmatte aufgrund der Rückstellkräfte der Glasfasern expandiert und ein poröses, glasmattenverstärktes Formteil gebildet wird. Die Formteile können zur Wärme- und Schallisolierung verwendet werden.

Für den Automobil-Innenausbau werden Materialien benötigt, die eine gute Schallisolierung und Luftundurchlässigkeit so­ wie eine verhältnismäßig hohe Steifigkeit und Zähigkeit auf­ weisen. Die oben beschriebenen porösen Formteile sind grund­ sätzlich dafür geeignet, sie sind jedoch wegen des hohen Glasfaserpreises zu teuer. Der Erfindung lag daher die Auf­ gabe zugrunde, weitere poröse, flächige Formteile bereitzu­ stellen, die eine gute Schallisolierung und hohe Festigkeit und Zähigkeit aufweisen, aber verhältnismäßig billig sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch poröse, flä­ chige Formteile mit einem Raumgewicht zwischen 0,2 und 0,8 (kg/l) auf Basis eines mit Fasermatten verstärkten Poly­ olefins, wobei die Fasermatten aus einem pflanzlichen Mate­ rial bestehen. Bevorzugte Pflanzenfasern sind solche aus Si­ sal, Kokos und Bananenstauden.

Pflanzliche Fasern weisen bekanntlich eine wesentlich gerin­ gere Steifigkeit und Biegelastizität als Glasfasern auf, es war deshalb überraschend, daß die Rückstellkräfte z. B. von Sisalfasermatten ausreichen, um beim Erwärmen von thermo­ plastgetränkten Sisalmatten eine Expansion des Halbzeugs zu bewirken. Nicht alle Pflanzenfasern sind gleichermaßen für den erfindungsgemäßen Zweck geeignet. Bei Matten aus Jutefa­ sern reichen die Rückstellkräfte z. B. nicht aus; hier muß zur Herstellung von porösen Formteilen mit einem Raumgewicht unter 0,9 (kg/l) eine zusätzliche Maßnahme, nämlich die Ein­ arbeitung von Treibmitteln in das Halbzeug, angewandt wer­ den.

In der DE-A 14 54 988 ist die Herstellung von Formkörpern aus mit faserigen Substanzen verstärkten Thermoplasten be­ schrieben, wobei vorgebildete Verbundstoffe zum plastischen Fließen erhitzt und anschließend unter Druck verformt wer­ den. Die faserigen Substanzen können auch organischer Natur sein; von einer Expansion des Halbzeugs zu einem porösen Formteil ist allerdings nirgends die Rede. In Beispiel 1 wird ein mit Polypropylen getränktes Jutegewebe eingesetzt, welches naturgemäß nicht expandieren kann.

In WO 88/10 286 ist ein Verbundmaterial beschrieben, das durch homogenes Einarbeiten von Holzmehl und von Naturfa­ sern, z. B. aus Sisal, in eine Polyolefinmatrix und Zerklei­ nern zu Partikeln hergestellt wird. Platten, die aus einem solchen Verbundmaterial gefertigt werden, können beim Erwär­ men nicht expandieren, sie weisen auch eine recht geringe Biegesteifigkeit auf.

Als Polyolefine sind Ethylen- und Propylenhomo- und copoly­ merisate bevorzugt. Besonders gut geeignet ist Polypropylen mit einem Schmelzindex MFI zwischen 5 und 500, insbesondere zwischen 50 und 400 (g/10 min) (bei 230°C/2,16 kg), sowie entsprechende Pfropfcopolymerisate, z. B. mit Acrylsäure. Dem Polyolefin können bis zu 100 Gew.-% Rezyklat von aufgearbei­ tetem Abfallmaterial mit 20 bis 50 Gew.-% Kurzglasfasern zu­ gesetzt sein, ferner kann es die üblichen Zusatzstoffe wie Stabilisatoren, Füllstoffe, Flammschutzmittel und Haftver­ mittler enthalten.

Als Fasermatten kommen vorzugsweise sehr grobe Pflanzenfa­ sern in Frage, insbesondere solche aus Sisal, Kokos oder Ba­ nane. Die Matten werden auf übliche Weise durch Ablegen von Fasern oder nach dem Krempelverfahren hergestellt. Die Fa­ sermatten können neben den Pflanzenfasern in untergeordneten Mengen auch Glasfasern enthalten.

Bei einer speziellen Ausführungsform werden genadelte Matten eingesetzt, die bauschiger und voluminöser sind als ungen­ adelte Matten und Formteile mit einem niedrigeren Raumge­ wicht ergeben. Das Flächengewicht der Fasermatten kann sich in weiten Grenzen zwischen 200 und 4000 (g·m^-2) bewegen.

Bei einer weiteren Ausführungsform wird ein Treibmittel zu­ gesetzt, welches entweder auf die Fasermatten aufgebracht oder in das Polyolefin eingearbeitet werden kann. Als Treib­ mittel kommen insbesondere solche Substanzen in Frage, die bei Temperaturen oberhalb der Schmelztemperatur des Thermo­ plasten Gase abspalten, z. B. Azodicarbonamid, N,N′-Dinitro­ sopentamethylentetramin, Natriumhydrogencarbonat, 5-Hydroxy­ tetrazol oder p-Toluolsulfonylsemicarbazid.

Der Treibmittelgehalt liegt vorzugsweise zwischen 0,5 und 10 Gew.-%, bezogen auf Polyolefin.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen porösen Formteile wer­ den in einer ersten Stufe die Fasermatten mit geschmolzenem Polyolefin imprägniert. Die Mengenverhältnisse sind dabei so zu wählen, daß im fertigen Formteil der Fasergehalt 20 bis 70, vorzugsweise 40 bis 60 Gew.-% beträgt. Bei einer bevor­ zugten Ausführungsform werden in eine Doppelbandpresse gleichzeitig Fasermatten und Polyolefinschmelze zugeführt und bei Drücken zwischen 1 und 50 (bar) miteinander ver­ preßt. Grundsätzlich ist es auch möglich, das Polyolefin in Form von Folien, Pulver, Granulat, sowie als Lösung oder Emulsion mit den Fasermatten zusammenzuführen und gemeinsam oberhalb der Schmelztemperatur diskontinuierlich oder konti­ nuierlich, z. B. auf einem Kalander, zu verpressen. Das Ver­ pressen muß unter einem so hohen Druck vorgenommen werden, daß nach dem Abkühlen, vorzugsweise auf Raumtemperatur, ein kompaktes, flächiges Halbzeug mit einem Raumgewicht oberhalb von 0,90, vorzugsweise oberhalb von 1,05 kg/l, entsteht.

In einer zweiten Stufe wird dann dieses flächige Halbzeug wieder auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Polyolefins erwärmt, wobei kein oder höchstens ein sehr niedriger Druck angewandt wird. Dabei expandiert das Halb­ zeug infolge der Rückstellkräfte der Fasermatte und es ent­ steht ein poröses Formteil mit einem Raumgewicht zwischen 0,2 und 0,8 (kg/l), vorzugsweise zwischen 0,25 und 0,75 (kg/l). Niedrige Raumgewichte werden dann erhalten, wenn man genadelte Fasermatten einsetzt oder wenn das Halb­ zeug Treibmittel enthalten hat. Wenn diese letztgenannte Ar­ beitsweise angewandt wird, ist es auch möglich, Fasermatten aus feinen Naturfasern, z. B. Jute oder Flachs einzusetzen. Die Formteile bestehen aus Faserstegen, die mit Polyolefin umhüllt und durch dieses gebunden sind. Je nach Raumgewicht sind sie mehr oder weniger luftdurchlässig.

Die erfindungsgemäßen flächigen Formteile können als solche direkt zur Innenauskleidung von Kraftfahrzeugen, als Möbel­ teile oder als Dämmplatten zur Schall- und Wärmeisolierung in der Bauindustrie verwendet werden, man kann sie aber auch zu komplizierteren Gebilden tiefziehen oder unter verhält­ nismäßig niedrigem Druck in Pressen verformen.

Beispiele Beispiel 1

Zwei genadelte Sisalmatten mit einem Flächengewicht von 800 g/m² werden bei 210°C mit drei PP-Filmen (MFI=80 g/10 min), Flächengewicht 400 g/m²) unter einem Druck von p=10 bar imprägniert und anschließend auf Raumtem­ peratur abgekühlt. Das kompakte Halbzeug weist einen Faser­ gehalt von 40 Gew.-% auf und sein Raumgewicht beträgt 1,08 kg/l.

Beim Wiederaufheizen des Halbzeugs auf 210°C expandieren die Sisalmatten und das Raumgewicht des Halbzeugs sinkt auf 0,57 kg/l.

Beispiel 2

Unter gleichen Nadelungsbedingungen produzierte Jute-Matten (Flächengewicht 800 g/m²) werden bei identischen Versuchsbe­ dingungen mit PP-Filmen (MFI=80) zu einem kompakten Halbzeug mit einem Fasergehalt von 40 Gew.-% und einem Raumgewicht von 1,11 kg/l verpreßt.

Das juteverstärkte Halbzeug expandiert beim Erwärmen über den Schmelzpunkt des PP hinaus deutlich schlechter als das entsprechende sisalverstärkte Halbzeug. Das Raumgewicht sinkt lediglich auf 0,88 kg/l.

Beispiel 3

Zwei genadelte Sisalmatten (800 g/m²) werden mit einer Lö­ sung von Azodicarbonamid in Dimethylsulfoxid (3 Gew.-% bezo­ gen auf die Fasermatte) getränkt und getrocknet. Die so vor­ behandelten Matten werden bei T=180°C und p=10 bar mit PP- Filmen (MFI=80) zu einem kompakten 40-%igen Halbzeug mit ei­ nem Raumgewicht von 1,09 kg/l verpreßt.

Beim Aufheizen auf 210°C zersetzt sich das Treibmittel und führt zur Expansion des Halbzeugs. Das Raumgewicht fällt auf 0,43 kg/l.

Beispiel 4

In einem Doppelschneckenextruder werden bei einer Massetem­ peratur von 180°C einer PP-Schmelze (MFI=80) 2 Gew.-% Azodi­ carbonamid zudosiert. Mit der treibmittelhaltigen PP- Schmelze werden über eine Breitschlitzdüse zwei Sisalmatten (800 g/m²) getränkt und auf einer Doppelbandpresse zu einem kompakten Halbzeug mit einem Raumgewicht von 1,11 kg/l ver­ preßt.

Bei der thermischen Zersetzung des Treibmittels beim Aufhei­ zen im Umluftofen auf 210°C expandiert das Halbzeug und das Raumgewicht fällt auf 0,38 kg/l.

Claims (8)

1. Poröse, flächige Formteile mit einem Raumgewicht zwi­ schen 0,2 und 0,8 (kg/l) auf Basis eines mit Fasermatten verstärkten Polyolefin, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasermatten überwiegend aus pflanzlichem Material beste­ hen.

2. Poröse Formteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß sie 20 bis 70 Gew.-% Fasern enthalten.

3. Poröse Formteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Fasermatten genadelt sind.

4. Poröse Formteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Fasermatten aus Sisal-, Kokos- oder Bana­ nen-Fasern bestehen.

5. Poröse Formteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Polyolefin ein Polypropylen mit einem Schmelzindex MFI zwischen 5 und 500 (g/10 min) (230°C/2,16 kg) ist.

6. Verfahren zur Herstellung der porösen Formteile nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Fasermatten aus pflanzlichem Material mit geschmolzenem Polyolefin imprägniert und dabei unter Druck auf ein Raumgewicht über 0,90 kg/l verdichtet, dann auf eine Temperatur un­ terhalb der Schmelztemperatur des Polyolefins abkühlt und das erhaltene flächige Halbzeug auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Polyolefins ohne An­ wendung von Druck erwärmt, wobei das Halbzeug expandiert und sein Raumgewicht unter 0,8 kg/l sinkt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Fasermatten mit treibmittelhaltigem Polyolefin imprägniert oder treibmittelhaltige Fasermatten mit Po­ lyolefin imprägniert.

8. Verwendung der porösen Formteile nach Anspruch 1 zur Herstellung von schallabsorbierenden Automobilteilen durch Tiefziehen oder Verpressen.