DE4240516A1 - Innenausstattungsteil für Fahrzeuge - Google Patents
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Description
Die Erfindung befaßt sich mit einem Innenausstattungsteil für
Fahrzeuge, insbesondere einem Fahrzeughimmel-Trägerteil.
Autohimmel-Trägerteile sind die tragenden, nicht sichtsei
tigen Bestandteile von Autohimmeln.
Die Problematik bei diesen Ausstattungsteilen, insbesondere
bei freihängenden Fahrzeughimmeln, besteht in der Anforde
rung, gegen Feuchtigkeit resistent zu sein und insbesondere
hohe Wärmewerte, ohne durchzuhängen, zu überstehen: Bei
Sonneneinstrahlung, oder auch während des Lackierens im
Herstellerwerk, sind die außenliegenden Oberflächen solcher
Bauteile Temperaturen bis zu 110°C ausgesetzt. Die ist bei
einschichtigen Varianten ebenso zu beachten wie bei drei
schichtigen Faservliesstoff-Laminaten, deren beide äußeren
Schichten resistent gegen solche Temperaturen ausgestaltet
werden müssen.
Ausstattungsteile aus Faservliesstoff, welche die oben
genannten Anforderungen erfüllen, enthalten mindestens 50
Gew.-% oder bestehen aus Polyesterfasern und erreichen ihre
Wärmestandfestigkeit durch eine Imprägnierung mit wärmehär
tendem Kunstharz-Bindemittel. Sowohl ein- wie auch drei
schichtige Ausführungen werden unter Druck- und Wärmeein
wirkung in die vorgesehene Form gepreßt und (gegebenenfalls
miteinander) verfestigt. Beschrieben ist dies beispielsweise
in DE 29 37 399 A1, wo das Kunstharz-Bindemittel vorzugsweise
in einer Menge von 400 g pro Quadratmeter Grundfläche und
Millimeter Enddicke des Fertigerzeugnisses vorliegt. Dabei
wird von einer vorzugsweisen Enddicke des Fertigerzeugnisses
zwischen 1 und 2,5 mm ausgegangen.
Die DE 36 29 230 A1 beschreibt zusätzlich die Beimischung von
Glasfasern bis zu einer Menge von 100 Gew.-%, um die Wärme
standfestigkeit noch weiter zu erhöhen.
Solche bekannten Ausstattungsteile sind nicht recyclefähig
wegen des Kunstharz- und/oder Glasfaser-Gehaltes. Insbeson
dere ist es nicht möglich, den Grundstoff, Polyesterfasern,
entweder zu minderwertigem, wiederverwendbarem Polyester
material aufzuschmelzen und zu regranulieren oder gleich
wertigen Polyester über Alkoholyse regenerativ zu gewinnen,
weil in jedem Falle gerade die die Wärmestandfestigkeit
ausmachenden, genannten zusätzlichen Werkstoffe nicht von den
Polyesteranteilen vor dem Regenerieren befriedigend abtrenn
bar sind.
Ferner ergibt das gebräuchlicherweise als Polyesterfaser
material verwendete Polyethylenterephthalat Flächengebilde,
deren Biegesteifigkeit bei realistisch hohen Temperaturen von
90°C bereits um 90% des Ausgangswertes bei Raumtemperatur
absinkt.
Ausgehend von DE 29 37 399 A1 hat die Erfindung zur Aufgabe,
ein mittels einfacher, konventioneller Verfahrensschritte
herstellbares Ausstattungsteil für Fahrzeuge, insbesondere
ein Fahrzeughimmel-Trägerteil, anzugeben, bei dem zumindest
die der Hitze ausgesetzten Faserschichten ausschließlich
Polyesterfasern und weder eine Bindemittelimprägnierung noch
Bindefasern oder Glasfasern enthalten. Dabei sollen Wärme
standfestigkeiten erzielt werden, welche den Anforderungen
der Fahrzeugindustrie genügen, was einem Wert des Elastitzi
tätsmoduls bei Biegung gemäß der Norm EN 63, bei einer
Prüftemperatur von 90°C, von mehr als 30 N/mm2 entspricht,
bei einer Dicke des Werkstoffs von 3 mm und einem Flächen
gewicht von 1000 g/m2. Der drastische Verlust der Biege
steifigkeit bei hohen Temperaturen, wie er bei der Verwendung
von Polyethylenterephthalat-Fasern beobachtet wird, soll
deutlich verringert sein.
Diese Aufgabe wird mit einem 1 bis 6 mm dicken Innenausstat
tungsteil für Fahrzeuge, insbesondere mit einem Autohimmel-
Trägerteil, aus Polyesterfasern gelöst, wobei das Ausstat
tungsteil ein- oder dreischichtig aufgebaut ist. Durch Druck-
und Wärmeeinwirkung werden alle Schichten in die vorgesehene
Form gepreßt und verfestigt. Gegenstand der Erfindung ist
dabei, daß zumindest die der Wärmeeinwirkung bei bestimmungs
gemäßem Einsatz ausgesetzten Schichten die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruchs 1 aufweisen. Eine vorteilhafte Varian
te ist im Unteranspruch aufgezeigt. Erfindungsgemäß bestehen
alle Schichten des Ausstattungsteils aus Polyesterfasern
mit einem Titer von 1,5 bis 30 dtex. Dies ist wesentlich, um
die Verbindung der Fasern beim Herstellungsprozeß, welcher
ohne Verwendung zusätzlichen Bindemittels verläuft, zu
erzielen und anschließend die gewünschte Stabilität zu
gewährleisten.
Die bezüglich der Wärmeeinwirkung kritischen Faserschichten,
also bei der einschichtigen Version diese Schicht und bei der
dreischichtigen Version die beiden Außenschichten, enthalten
erfindungsgemäß Polybutylenterephthalatfasern, wobei, bezogen
auf das jeweilige Gesamtgewicht, die einschichtige Version
aus 80 bis 100 Gew.-% Polybutylenterephthalatfasern und
maximal 20 Gew.-%, in homogener Verteilung, Polyesterfasern
mit einem Schmelzpunkt über 228°C besteht und in der drei
schichtigen Version die der Hitzeeinwirkung ausgesetzten
beiden Außenschichten jeweils aus 25 bis 100 Gew.-% Poly
butylenterephthalatfasern und aus maximal 75 Gew.-%, in
homogener Verteilung, Polyester-Endlosfasern mit einem
Schmelzpunkt über 228°C bestehen.
Die Summe der jeweiligen beiden Faser-Gewichtsanteile beträgt
stets 100%; d. h. es sind keinerlei weiteren Bindemittel- oder
Verfestigungszusätze vorhanden. Das Ausstattungsteil besteht
ausschließlich aus Polyester.
Bei einer dreischichtigen Ausführung des Ausstattungsteils
kann die mittlere, nicht so sehr der Wärmeeinwirkung ausge
setzte Schicht aus einer Mischung etwa gleicher Anteile von
Polyethylenterephthalat- und Bikomponentenfasern (mit
Polyethylenterephthalat und niedriger schmelzendem Copoly
ester) bestehen. Fasertiter und Stapellänge sind wiederum
gleich denjenigen der Fasern in den übrigen Schichten.
In einer bevorzugten Variante weist diese Innenschicht eine
Dichte auf, die 8 bis 40% derjenigen der Außenschicht be
trägt. Dieser Parameter erhöht die Biegesteifigkeit des
Verbundes; geringere Dichten verhindern die Übertragung der
Verformungskräfte von einer Außenschicht zur anderen, höhere
Werte als angegeben wirken sich nachteilig auf das Gesamtge
wicht aus, ohne daß die Biegesteifigkeit verbessert würde.
Da diese mittlere Schicht von den beiden äußeren Faserschich
ten gestützt ist, bleibt ihre Wärmestandfestigkeit ohne
Bedeutung für die Qualität des Ausstattungsteils; diese wird
ausschließlich durch die Polybutylenterephthalat-Fasern
enthaltenden Schichten geprägt.
Es war nicht vorherzusehen, daß der beanspruchte Aufbau den
Einsatz zusätzlicher, bindender Bestandteile nicht erfordern
würde und dennoch ein unter Druck und Hitze form- und ver
festigbares Fasergefüge vorläge. Der erfindungsgemäße Gegen
stand kann zudem in seinem Gewicht leichter gefertigt werden,
als es der Fall wäre, wenn zusätzlich beträchtliche Mengen an
Bindemittel, Bindefasern und/oder wärmestandfähigen Harzen
oder Fasern zugemischt werden müßten.
Überraschenderweise weist das erfindungsgemäße Innenausstat
tungsteil eine höhere Wärmestandfestigkeit auf als ein
ausschließlich aus Polyethylenterephthalat-Fasern
aufgebautes. Dies war deshalb nicht zu erwarten, weil der
Glasumwandlungspunkt, d. h. die Temperatur, bei der der
Werkstoff zu erweichen beginnt, für Polybutylenterephthalat
bei etwa 39°C, derjenige für Polyethylenterephthalat jedoch
bei etwa 69°C liegt. Die beweist, daß eine Vorhersage dieser
Festigkeit aufgrund bekannter thermischer Werte nicht möglich
war.
In der vorliegenden Erfindung sollen unter "Polybutylen
terephthalatfasern" auch Kern-/Mantel-Fasern verstanden
werden, deren Kern aus einem Polyester besteht, von dem nur
gefordert werden muß, daß sein Schmelzbereich über demjenigen
des Polybutylenterephthalats liegt, welches den Mantel der
Faser bildet. Der Einsatz dieser Mehrkomponentenfasern bei
der Herstellung erfindungsgemäßer Ausstattungsteile gewähr
leistet immer noch Restwerte für die Biegesteifigkeit bei
90°C von 35 bis 40%. Diese Werte reichen in den meisten
Fällen aus, um eine störende Durchbiegung bei Hitzeeinwirkung
zu verhindern. Die Bauteile können sehr leicht ausgestaltet
werden, und der Einsatz dieser Bikomponentenfasern ist
kostengünstig.
Die Herstellung des Ausstattungsteils bedient sich im wesentli
chen bekannter Verfahrensschritte und -abfolgen.
Es folgt eine Behandlung im Vorwärmofen, wo beheizte Metall
platten, welche eine Polytetrafluorethylen-Auflage tragen,
auf die Bindefasern einwirken. Die Temperatur der Platten
soll dabei 1 bis 15°C über dem Schmelzpunkt des Polybutylen
terephthalats (228°C) liegen. Verweilzeiten von 1 bis 5 min
sind dabei zweckmäßig.
In einer weiteren Stufe wird der Vliesstoff in das dem
fertigen Ausstattungsteil entsprechende Formwerkzeug ver
bracht und einem Formdruck von 105 bis 2·106 Pa ausgesetzt.
Die Temperatur des Formwerkzeugs beträgt zweckmäßig min
destens 10°C unter der Schmelztemperatur des Polybutylen
terephthalats. Die Verweildauer beträgt 0,2 bis 2 min, wonach
das fertige Ausstattungsteil der Form entnommen werden kann.
Es war nicht zu erwarten, daß sich mit der erfindungsgemäßen
Verwendung von Polybutylenterephthalat-Fasern, ohne jeglichen
Zusatz von niedriger schmelzenden Bindefasern, anderen
Bindemitteln, Kunstharzen oder Glasfasern, steife und gleich
zeitig elastische Formteile würden herstellen lassen, die bei
90°C noch eine Biegesteifigkeit von bis zu 33% des Ausgangs
wertes aufweisen würden. Offenbar bewirkt allein das Poly
butylenterephthalat eine Verfestigung der Fasern bis ins
Innere der jeweiligen Schicht, wenn die beanspruchten Titer
und Stapellängen der Fasern eingehalten werden.
Im folgenden werden die Vorteile der Erfindung beispielhaft
näher erläutert.
Es wurde ein einschichtiger Vliesstoff aus 100% handelsüb
lichen Polybutylenterephthalat-Fasern mit einem Titer von 1,7
dtex und 38 mm Schnittlänge hergestellt durch Krempeln und
konventionelles Vernadeln. Das Flächengewicht des so erhalte
nen Nadelvliesstoffs betrug 800 g/m2, seine Dicke
22 mm, die Zahl der Nadeleinstiche war 18/cm2.
Das Material wurde anschließend zwischen zwei beheizten, mit
Polytetrafluorethylen beschichteten Platten vorgewärmt und
vorverdichtet. Die obere Platte hatte eine Temperatur von
235°C, die untere von 230°C, der Abstand beider Platten
betrug 7 mm.
Das den vorgenannten Bedingungen während einer Zeit von 2,2
min ausgesetzte Material wurde sofort anschließend zwischen
zwei Platten von Raumtemperatur auf eine Dicke von 3 mm
gepreßt bei einer Preßzeit von 1 min. Das fertig verpreßte
Material wurde einem Biegesteifigkeits-Test nach EN 63 bei
23°C und bei 90°C unterworfen. Dabei betrug der Restwert der
Biegesteifigkeit bei 90°C immer noch 33%. Dieser Wert reicht
aus, um einen Autohimmel bei entsprechender Temperaturbe
lastung sich nicht wesentlich durchbiegen zu lassen. Dazu
trägt auch die Leichtigkeit des Bauteils bei.
Ein dreischichtiger Vliesstoffverbund wurde hergestellt aus
Spinnvliesstoffen. Dabei bestanden die Deckschichten jeweils
aus 70 Gew.-% Polyethylenterephthalat- und 30 Gew.-% Poly
butylenterephthalat-Fasern mit einem Titer von jeweils 7
dtex. Die Dicke der Außenschichten betrug jeweils 0,7 mm, ihr
Flächengewicht 250 g/m2.
Die Mittelschicht bestand aus 500 g/m2 schwerem, beidseitig
vernadeltem Spinnvliesstoff mit einer Dicke von 3 mm. Er
wurde aus dem gleichen Fasermaterial in gleichen Anteilen wie
in den Außenschichten gebildet. Der Fasertiter betrug 5,6
dtex.
Die Verbund wurde anschließend zwischen zwei beheizten, mit
Polyethylenterephthalat beschichteten Platten, deren Tempe
ratur jeweils 255°C betrug, auf 4 mm vorverdichtet. Das den
vorgenannten Bedingungen während einer Zeit von 2,5 min
ausgesetzte Material wurde sofort anschließend zwischen zwei
Platten bei Raumtemperatur auf eine Dicke von 3 mm während
einer Zeit von einer Minute gepreßt.
Das fertige Material wurde-einem Biegesteifigkeitstest nach
der Norm EN-63 bei 23°C und bei 90°C unterworfen. Die Test
werte sind der Tabelle entnehmbar.
Bei dieser, ebenfalls dreischichtigen, Variante wurden
Außenschichten gemäß Beispiel 2 verwendet, während für die
Mittelschicht ein thermisch vorverfestigter Nadelvliesstoff
aus Polyethylenterephthalat-Fasern zum Einsatz kam. Dieser
Nadelvliesstoff, welcher eine Dicke von 18 mm und ein Gewicht
von 500 g/m2 besaß, bestand aus 100 Gew.-% Bikomponenten
fasern mit einem Titer von 6 dtex und einer Stapellänge von
60 mm. Der Kern der Bikomponentenfasern bestand aus ver
streckten Polyethylenterephthalat mit einer Schmelztemperatur
von 260°C, der Mantel aus einem Copolyester mit einer Schmelz
temperatur von 200°C.
Der dreischichtige Verbund wurde zwischen zwei beheizten, mit
Polytetrafluorethylen beschichteten Platten, deren Temperatu
ren 255°C betrugen, innerhalb 0,5 min auf 5 mm vorverdichtet.
Anschließend wurde dieses Material zwischen zwei Platten von
Raumtemperatur auf eine Dicke von 3 mm bei einer Preßzeit von
einer Minute und einem Preßdruck von 500 000 Pa gepreßt.
Die Biegesteifigkeit ist in der Tabelle aufgeführt.
Es wurde ein einschichtiger Vliesstoff aus 100% Kern-/Mantel-
Fasern hergestellt, wobei der Kern aus einem höher als das
Polybutylenterephthalat des Mantels schmelzenden Polyester
besteht. Diese Faser ist handelsüblich und besitzt einen
Titer von 5,5 dtex bei 55 mm Schnittlänge. Die Herstellung
erfolgte durch Krempeln und konventionelles Vernadeln.
Das Flächengewicht des so erhaltenen Nadelvliesstoffs betrug
800 g/m2, seine Dicke 22 mm und die Zahl der Nadeleinstiche
war 18/cm.
Sodann wurde dieser Vliesstoff im Bandtrockner bei 235°C und
6 min vorgetempert.
Das Material wurde anschließend zwischen zwei beheizten, mit
PTFE beschichteten Platten vorgewärmt und vorverdichtet. Die
Temperatur der beiden Platten betrug 255°C, der Abstand der
Platten war auf 8 mm kalibriert.
Das den vorgenannten Bedingungen während einer Zeit von 2,4
min ausgesetzte Material wurde sofort anschließend zwischen
zwei Platten von Raumtemperatur auf eine Dicke von 4 mm
gepreßt bei einer Preßzeit von 1 min. Das fertig verpreßte
Material wurde einem Biegesteifigkeits-Test nach EN 63 bei
23°C und bei 90°C unterworfen. Dabei betrug der Restwert der
Biegesteifigkeit bei 90°immer noch 38,8%. Dieser Wert reicht
aus, um einen Autohimmel bei entsprechender Temperaturbe
lastung sich nicht wesentlich durchbiegen zu lassen. Dazu
trägt auch die Leichtigkeit des Bauteils bei.
Zum Vergleich wurde ein Nadelvliesstoff aus herkömmlichen
Polyethylenterephthalat-Fasern gemäß folgender Beschreibung
hergestellt:
Ein dreischichtiges Vliesstoff-Laminat ohne Bindemittel- und
Kunstharzzusatz wurde analog Beispiel 2 durch Krempeln,
Nadeln und thermisches Vorverfestigen hergestellt, im Vor
wärmofen behandelt während 3 min bei einer Umlufttemperatur
von 170°C und anschließend im Formwerkzeug bei 5·105 Pa
während einer Dauer von 1,5 min verformt. Die Temperatur
betrug dabei 120°C.
Die Außenschichten bestanden zu jeweils 100% aus 6 dtex-
Bikomponentenfasern mit einer Stapellänge von 60 mm und
einem Kern aus verstrecktem Polyethylenterephthalat, Schmelz
temperatur 260°C, sowie einem Mantel aus Copolyester,
Schmelzpunkt 200°C. Die Fasern wurden im Handel erworben.
Die Mittelschicht wurde hergestellt aus 80 Gew.-% der oben
genannten Kern-Mantel-Fasern sowie aus 10 Gew.-% einfachen,
verstreckten Polyethylenterephthalat-Fasern mit einem Titer
von 17 dtex und aus 10 Gew.-% verstreckten Polyethylen
terephthalat-Fasern mit einem Titer von 6 dtex.
Anschließend wurde von dem Material die Biegesteifigkeit
nach EN 63 bei 23°C und bei 90°C bestimmt.
Wie der Vergleich zeigte, ging bei dem Material aus Poly
ethylenterephthalat-Fasern die Biegesteifigkeit bei 90°C auf
10% des Ausgangswertes bei Raumtemperatur zurück. Ein
solcher Wert ist nicht mehr tragbar, ein Autohimmel würde
unter diesen Bedingungen im Fahrzeug durchhängen und wäre
qualitativ unbrauchbar.
Die folgende Tabelle faßt die Ergebnisse aus den Beispielen
nochmals zusammen:
Claims (3)
1. Innenausstattungsteil für Fahrzeuge, insbesondere Auto
himmel-Trägerteil, mit einer Enddicke von 1 bis 6 mm,
bestehend aus einer oder drei Schichten aus Polyester
fasern, wobei die Schichten durch Druck- und Wärmeein
wirkung in die vorgesehene Form gepreßt und in sich
verfestigt sowie gegebenenfalls miteinander verbunden
sind, dadurch gekennzeichnet, daß alle Schichten aus
schließlich aus Polyesterfasern bestehen, welche einen
Titer von 1,5 bis 30 dtex aufweisen, daß zumindest jede
der Hitzeeinwirkung bei bestimmungsgemäßer Verwendung
ausgesetzte Faserschicht Polybutylenterephthalat-Fasern
enthält, wobei, bezogen auf das jeweilige Gesamtgewicht,
die einschichtige Version aus 80 bis 100 Gew.-% Poly
butylenterephthalatfasern und maximal 20 Gew.-%, in
homogener Verteilung, Polyesterfasern mit einem Schmelz
punkt über 228°C besteht und in der dreischichtigen
Version die der Hitzeeinwirkung ausgesetzten beiden
Außenschichten jeweils aus 25 bis 100 Gew.-% Polybutylen
terephthalatfasern und aus maximal 75 Gew.-%, in homogener
Verteilung, Polyester-Endlosfasern mit einem Schmelzpunkt
über 228°C bestehen.
2. Innenausstattungsteil nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die nicht der Hitzeeinwirkung ausgesetzte
Innenschicht eine Dichte aufweist, die 8 bis 40% der
Dichte der Außenschichten beträgt.
3. Innenausstattungsteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß als Polybutylenterephthalat-Faser
eine Kern-/Mantel-Faser vorliegt, deren Kern ein höher
als der Polybutylenterephthalat-Mantelanteil schmelzen
der Polyester ist.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
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DE19924240516 DE4240516A1 (de) | 1992-08-26 | 1992-12-02 | Innenausstattungsteil für Fahrzeuge |
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DE4240516A1 true DE4240516A1 (de) | 1994-03-03 |
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DE (1) | DE4240516A1 (de) |
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