EP1458494A2 - Verfahren zum aufsprühen von kunststoffschichten - Google Patents

Verfahren zum aufsprühen von kunststoffschichten

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EP1458494A2
EP1458494A2 EP02804897A EP02804897A EP1458494A2 EP 1458494 A2 EP1458494 A2 EP 1458494A2 EP 02804897 A EP02804897 A EP 02804897A EP 02804897 A EP02804897 A EP 02804897A EP 1458494 A2 EP1458494 A2 EP 1458494A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
filler
binder
metered
mixture
layers
Prior art date
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Granted
Application number
EP02804897A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1458494B1 (de
Inventor
Maik Grossmann
Thomas Freser-Wolzenburg
Georg-Wilhelm Prahst
Carsten Kliwer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dr Alois Stankiewicz GmbH
Original Assignee
Dr Alois Stankiewicz GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dr Alois Stankiewicz GmbH filed Critical Dr Alois Stankiewicz GmbH
Publication of EP1458494A2 publication Critical patent/EP1458494A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1458494B1 publication Critical patent/EP1458494B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/02—Processes for applying liquids or other fluent materials performed by spraying
    • B05D1/08—Flame spraying
    • B05D1/10—Applying particulate materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/14—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas designed for spraying particulate materials
    • B05B7/1481—Spray pistols or apparatus for discharging particulate material
    • B05B7/149—Spray pistols or apparatus for discharging particulate material with separate inlets for a particulate material and a liquid to be sprayed
    • B05B7/1495—Spray pistols or apparatus for discharging particulate material with separate inlets for a particulate material and a liquid to be sprayed and with separate outlets for the particulate material and the liquid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/34—Applying different liquids or other fluent materials simultaneously

Definitions

  • the invention relates to a method for applying a filler-containing plastic layer to a surface, in particular a shaped surface.
  • the invention relates in particular to a method for applying a heavy layer on a shaped surface, for producing a sound-insulating multi-layer wall cladding, as is used, for example, in vehicle interior claddings.
  • Sound-insulating multi-wall cladding which is contour-adapted to the vehicle interior, has been known for a long time.
  • DE-OS 20 06 741 describes, for example, a multi-layer, sound-absorbing component that consists of a deformed carpet and a correspondingly deformed heavy layer, which are connected to one another by a conventional method, for example gluing, and that on a layer of dynamically soft material on the Body of the vehicle is floating. It is also described that the carpet surface only has to be coated locally, preferably in the area of the bulkhead, the wheel arches and in the storage area of the feet in front of the front seats. However, this lining is still relatively heavy.
  • DE-PS 11 86 648 describes a sound-absorbing and vibration-damping material for cladding sheets of machines, which consists of a layer of a soft, elastic, sound-absorbing foam and a vibration-damping layer of synthetic resin connected to the layer. This layer can be mixed with a mineral filler to form a heavy layer.
  • the vibration-damping material in the form of a mixture of binder and filler is sprayed directly onto the elastic foam layer or an intermediate layer of fabric or applied in some other way.
  • DE 28 00 914 describes sound-absorbing multi-layer wall cladding for the walls of vehicles or machines, which consists of a heavy layer assigned to the wall to be clad, which is formed by binders containing more than 40% by weight of fillers and is arranged on a flexible intermediate layer.
  • Various conventional processes are described for the production of these multilayer wall claddings, which have in common that a heavy insulation layer is produced from a mixture of plasticized binder, filler and optionally further additives with the aid of an extruder or calender. This either solidifies directly in the desired form brought or they are first allowed to harden and then brought into the desired shape by a suitable process such as deep drawing or vacuum forming.
  • a disadvantage of the conventional injection molding process is that the heavy layers have a relatively high weight and that the devices used to produce these layers wear out quickly and in particular the mixing heads have to be replaced frequently.
  • the object of the invention is to provide an improved method with which a plastic layer containing solids can be applied in a desired manner to a particularly shaped surface, and a suitable device for carrying out the method.
  • the invention is based on the knowledge that there is a substantial saving in weight if the heavy layer is designed in such a way that it has the required thickness and / or density in accordance with the local structural and acoustic conditions.
  • the heavy layer can be formed with a smaller thickness and / or density, for example, at those points in the vehicle where only low sound insulation is required.
  • areas with high sound transmission can be increasingly isolated and insulated.
  • the invention thus enables better sound insulation, since each area of the cladding can be designed in the best possible way in accordance with the acoustic specifications. B. can be determined based on measurements.
  • the invention now provides an improved method with which layers of this type, in particular with locally different densities and / or thicknesses, can be produced in a simple manner.
  • the controllable and changeable formation of the heavy layer is achieved according to the invention in that a filler-containing plastic layer is sprayed onto a particularly shaped surface, a free jet for spray application first being generated from a binder or binder mixture. Only then is the filler metered into the free jet of the binder or binder mixture that has not yet been polymerized.
  • the filler is metered in via one or more, preferably individually controllable, solid nozzle (s) and can thus be precisely controlled and regulated as desired.
  • the addition of the filler can be variably adjusted by the method according to the invention even during the spraying process.
  • the filler is preferably a free-flowing, high-density solid and should be added in an amount of 10 to 90% by weight, preferably 50 to 80% by weight, based on the final mixture.
  • Binders suitable for the production of mass-spring systems in the usual mixing ratios can be used as binders in the process according to the invention. It is preferable to use components that meet the current requirements for recyclability and that can be recycled as easily as possible at the end of the product life cycle. Binders preferred according to the invention are binders based on polyurethane, in particular those which can be produced on the basis of a polyol-isocyanate mixture. However, other suitable binders can also be used.
  • the local density and thickness of the sprayed-on layer can also be variably controlled during the process by regulating or controlling the filler supply.
  • the invention further provides a device according to claim 10. It was found that the erosion, ie the wear of the device, in particular of the mixing head, is significantly reduced by the method according to the invention. This also reduces the drift in the mixing quality, which has a major impact on ensuring a constant product quality.
  • the invention relates to a device for spray application of a solid-containing plastic layer to a surface with a mixing head, which has a first device for generating a free jet of the binder mixture and at least a second device for metered supply of a filler, characterized in that the second device for metered supply of the Filler is arranged so that the filler is metered into the free jet emerging from the mixing head to the binder mixture.
  • the device can provide a plurality of second devices for metering the filler, which are arranged rotationally symmetrically with respect to the first device.
  • the device preferably has three second devices which are arranged at an angular distance of approximately 120 ° around the first device.
  • the second devices preferably consist of solids nozzles which can be controlled individually or in a coupled manner. According to a preferred embodiment, they also consist of a particularly wear-resistant material, for example ceramic material.
  • the invention further relates to plastic layers which are produced by the method according to the invention or by means of the device according to the invention. These can have partially or locally different densities and / or thicknesses.
  • Another embodiment relates to single- or multi-layer two-component polyurethane systems, sound-absorbing or sound-absorbing components and heavy layers for sound-insulating mass-spring systems with one or more layers, which are produced by the process according to the invention.
  • Figure 1 is a schematic representation for explaining a device according to the invention for applying a plastic layer on a particularly shaped surface.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration to explain the filler feed using the example of an embodiment with three symmetrically arranged filler nozzles
  • FIG. 3 shows a schematic illustration to explain the filler distribution on the surface to be sprayed with an arrangement of the solid nozzles as shown in FIG. 2.
  • plastic layers containing filler are sprayed onto a particularly shaped surface.
  • the method is particularly suitable for the production of heavy layers for sound-absorbing or -damping components which act according to the known mass-spring system.
  • the method according to the invention forms heavy layers by spray application directly on the foam or spring layer or, if appropriate, a further intermediate layer.
  • the foam or spring layer consists of an open or closed cell foam, an impregnated fiber made of organic, natural or synthetic fibers, or also inorganic, natural or synthetic fibers.
  • the filler-containing plastic layer can be applied to surfaces of any shape using the spray process.
  • a free jet is first generated with the aid of a mixing head with nozzles from a binder or a binder mixture.
  • the nozzle diameter should be 0.15 mm, preferably 0.5-3 mm.
  • Thermoplastics e.g. Polyvinyl acetate, polyvinyl propionate, polyacrylic acid ester, polymethacrylic acid ester, polystyrene, polyethylene as homo- or copolymers or mixtures thereof, two-component synthetic resins, e.g. Polyurethane, epoxy resin, polyester and the like, bitumen, pitch, wax, tree or root resins, natural and artificial rubber, rubber regenerate or mixtures thereof can be used.
  • Preferred binders are two-component synthetic resins, in particular binders based on polyurethane.
  • Polyol-isocyanate mixtures with a pressure range of 20-250 bar, preferably 60-150 bar, and a temperature range of the polyol of 10-150 ° C., preferably 20-100 ° C., and of the isocyanate are found to be particularly favorable for sound engineering applications from 10-100 ° C, preferably 20-60 ° C.
  • the mixing ratio of polyol / isocyanate is 100/5 to 100/90, preferably 100/8 to 100/80.
  • a filler is metered outside the mixing head 1 into the binder mixture, which has not yet polymerized out, in approximately one area.
  • the filler is supplied using a conventional filler conveyor, which can convey a free-flowing filler in a thick stream.
  • the filler is preferably a free-flowing, high density solid.
  • the density of fillers suitable according to the invention is in the range above 2 g / cm 3 , preferably above 4.5 g / cm 3.
  • the amount of filler or solid added depends in particular on the binder used and the desired density of the layer to be applied.
  • the mixing ratio of binder to filler can be easily for the person skilled in the art, for. B. determine by experiment, the spray distance, ie the distance between the mixing head and the surface to be coated, should be 20-500mm, preferably 100-250mm, in order to ensure uniform mixing in the spray jet 8.
  • the filler should preferably be added in an amount of 10 to 90% by weight, preferably 50 to 80% by weight, based on the final mixture.
  • the filler can consist of one or more particulate materials which have at least one, preferably several of the following properties: a specific weight of more than 2 g / cm 3 , are finely ground, a bulk density of more than 600 g / 1 and one Have grain size (particle diameter) between 10 and 500mm, preferably between 50 and 250mm.
  • the used according to the invention Fillers should be easy to pour.
  • Preferred fillers are granular, flaky or powdery particles, for example made of barium sulfate (BaSO 4 ).
  • the filler is metered in from one or more directions via one or more solid nozzles 5, in particular up to 16, preferably 2 to 6 solid nozzles, which are arranged symmetrically on the mixing head 1.
  • the filler is particularly preferably supplied via 3 solid nozzles, which are arranged at an angular distance of approximately 120 °. This achieves an optimal mixing and connection of binder and filler in the spray jet, so that even in the finished product a uniform distribution of the filler and thus a uniform density distribution is achieved.
  • the diameter of the solid nozzles 5 should be 0.1-10 mm, preferably 1-5 mm.
  • the metering in of the filler can be variably controlled by the method according to the invention, in particular also during the spraying process.
  • the filler content in the spray jet 8 can be freely selected and, depending on the requirements of the surface areas to be coated, continuously adjusted and changed.
  • the density of the sprayed-on layer can be determined by controlling the filler content in the spray jet 8.
  • the filler is expediently fed into the spray jet by means of compressed air or another pressure fluid which preferably does not react with the materials involved. Furthermore, in the method according to the invention, use is made of the negative pressure gradient in the direction toward or into the free jet 3.
  • the binder which emerges from the mixing head 1 in the form of the free jet 3, entrains the added filler in the streamline as it emerges from the filler nozzle 5, as a result of which a homogeneous spray jet 8 is produced.
  • the method according to the invention is promoted by the corrugation and atomization of the filler in the free jet 3.
  • the filler is absorbed into the free jet 3 by the internal turbulence of the liquid by the jet and mixed uniformly therein.
  • the method contributes to the fact that the spray device used is subject to less wear and tear, since the abrasive particulate filler does not get into the mixing head 1 or into pipes connected to it. On the one hand, this extends the lifespan of the equipment, which saves considerable costs, and on the other hand, the product quality is maintained over a longer period. In contrast, in conventional processes, a drift in the mixing quality was observed after a certain operating time, which is probably due to erosion of the mixing head.
  • the method can also be modified or supplemented in a manner known to those skilled in the art.
  • auxiliaries or additives known in the prior art can be added to the binder mixture.
  • the invention provides a device for spray application of a solid-containing plastic layer to a particularly shaped surface, with which the above-mentioned method can be carried out.
  • the device which is described with reference to FIG. 1, consists of a mixing head 1, which has a first device 2 for generating a free jet 3 of the binder or the binder mixture and at least a second device 4 for metered supply of a filler.
  • the first device 2 preferably has a nozzle 5 for feeding or ejecting the binder mixture.
  • the metering and control of the filler supply via a feed line 6 can take place in a conventional manner by means of compressed air, which is imposed via a further feed line 7 and entrains the added filler into the free jet 3.
  • the addition of the filler is further supported by the negative pressure gradient described above.
  • the second device 4 for the metered supply of the filler 5 is arranged according to the invention such that the filler is metered into the free jet 3 emerging from the mixing head 1 to the binder mixture.
  • the device preferably has at least two, more preferably three, second devices 4 for metered supply of the filler. These should be arranged rotationally symmetrically with respect to the first device 2.
  • FIG. 2 A particularly preferred embodiment is shown in FIG. 2, with three second devices 4 being arranged at an angular distance of approximately 120 ° around the first device 2. With this arrangement, the best possible filler distribution in the spray jet 8 can be achieved.
  • the filler distribution in the spray circuit that can theoretically be achieved with this preferred device is shown in FIG. 3.
  • the second devices 4 should be arranged such that the filler is supplied as directly as possible only a short distance after the free jet 3 emerges from the first device 2 into the free jet 3. With increasing distance, the scatter of the spray jet 8 increases. This leads to poorer mixing and less precise application accuracy of the filler-containing plastic mixture formed in the spray jet 8.
  • the second devices 4 preferably have solids nozzles 5 which can be controlled individually or in a coupled manner.
  • the independent controllability is particularly advantageous in applications in which the spray angle is not perpendicular to the application surface.
  • the spray jet 8 frequently strikes the surface at an acute or obtuse angle. Due to the high density difference between the binder or binder mixture and filler, partial separation of the spray jet 8 would easily occur and thus an uneven distribution of the filler in the product.
  • the individual solid material nozzles 5 can be controlled individually, so that the filler supply can be set and regulated independently via the respective nozzles 5. This ensures even application even under extreme spray angles.
  • the devices 4 can be made entirely or at least in the area of the filler nozzles 5 from a resistant material, for example from a ceramic material.
  • the invention relates to the products produced using the method according to the invention or the device according to the invention.
  • the method is suitable for the production of numerous plastic layers, in particular those which have partially different densities and / or thicknesses.
  • the method is particularly suitable for producing two-component polyurethane systems with one or more layers, sound-absorbing or sound-absorbing components with one or more layers and heavy layers for sound-insulating mass-spring systems as are used in the automotive industry for sound insulation.
  • the products produced according to the invention are characterized by a particularly uniform filler distribution in the respective areas, which can be of different thicknesses and / or densities.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Aufsprühen von Kunststoffschichten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer füllstof haltigen Kunststoffschicht auf eine Oberfläche, insbesondere eine geformte Oberfläche.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Aufbringen einer Schwerschicht auf eine, geformte Oberfläche, zur Herstellung einer schallisolierenden Mehrschichtwandverkleidung, wie sie beispielsweise bei Fahrzeuginnenverkleidungen eingesetzt werden.
Schalldämmende Mehrwandschichtverkleidungen, die konturfolgend dem Fahrzeuginnenraum angepasst sind, sind bereits seit längerem bekannt. DE-OS 20 06 741 beschreibt beispielsweise ein mehrschichtiges, schalldämmendes Bauteil, das aus einem verformten Teppich und einer entsprechend verformten Schwerschicht besteht, die durch ein übliches Verfahren, beispielsweise Verkleben, miteinander verbunden sind, und das auf einer Schicht aus dynamisch weichem Werkstoff an der Karosserie des Fahrzeuges schwimmend gelagert ist. Ferner ist beschrieben, dass die Teppichfläche nur örtlich beschichtet sein muss, vorzugsweise im Bereich der Spritzwand, der Radkästen und im Abstellbereich der Füße vor den Vordersitzen. Diese Auskleidung weist jedoch noch immer ein verhältnismäßig hohes Gewicht auf.
DE-PS 11 86 648 beschreibt ein schallschluckendes und schwingungsdämpfendes Material für Verkleidungsbleche von Maschinen, das aus einer Schicht eines weichelastischen, schallschluckenden Schaumstoffes und einer mit der Schicht verbundenen schwingungsdämpfenden Schicht aus Kunstharz besteht. Diese Schicht kann dabei zur Bildung einer Schwerschicht mit einem mineralischen Füllstoff versetzt sein. Zur Herstellung des schallschluckenden Materials wird das schwingungsdämpfende Material in Form einer Mischung aus Bindemittel und Füllstoff unmittelbar auf die elastische Schaumstoffschicht oder eine Zwischenschicht aus Stoff aufgesprüht oder auf andere Weise aufgetragen.
DE 28 00 914 beschreibt schalldämmende Mehrschichtwandverkleidungen für die Wände von Fahrzeugen oder Maschinen, die aus einer der zu verkleidenden Wand zugeordneten Schwerschicht besteht, die durch mehr als 40 Gew.-% Füllstoffe enthaltende Bindemittel gebildet und auf einer weichelastischen Zwischenschicht angeordnet ist. Zur Herstellung dieser Mehrschichtwandverkleidungen sind verschiedene herkömmliche Verfahren beschrieben, denen gemeinsam ist, dass man aus einer Mischung aus weichgemachtem Bindemittel, Füllstoff und gegebenenfalls weiteren Zuschlagstoffen mit Hilfe eines Extruders oder Kalanders eine schwere Dämmschicht herstellt. Diese wird entweder direkt in der gewünschten Form zum Erstarren gebracht oder man lässt sie erst aushärten und bringt sie anschließend durch ein geeignetes Verfahren wie Tiefziehen oder Vakuumverformung in die gewünschte Form.
Nachteilig an den herkömmlichen Spritzgießverfahren ist, dass die Schwerschichten ein relativ hohes Gewicht haben und dass die zur Herstellung dieser Schichten verwendeten Vorrichtungen schnell verschleißen und insbesondere die Mischköpfe häufig ausgetauscht werden müssen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren bereitzustellen mit dem man eine feststofϊhaltige Kunststoffschicht in gewünschter Weise auf eine insbesonders geformte Oberfläche aufbringen kann sowie eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 18.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich eine wesentliche Gewichtseinsparung ergibt, wenn die Schwerschicht so ausgebildet wird, dass sie entsprechend den örtlichen konstruktiven und akustischen Gegebenheiten die jeweils erforderliche Dicke und/oder Dichte aufweist. Dadurch kann beispielsweise an den Stellen im Fahrzeug, wo nur eine geringe Schalldämmung erforderlich ist, die Schwerschicht mit einer geringeren Dicke und/oder Dichte ausgebildet werden. Andererseits können Bereiche mit hoher Schallübertragung verstärkt isoliert und gedämmt werden. Insgesamt ermöglicht die Erfindung somit eine bessere Schallisolierung, da jeder Bereich der Verkleidung entsprechend den akustischen Vorgaben individuell bestmöglich ausgestaltet werden kann, die z. B. ausgehend von Messungen bestimmt werden.
Die Erfindung stellt nun ein verbessertes Verfahren bereit, mit dem sich solcher Schichten mit insbesondere örtlich unterschiedlicher Dichte und/oder Dicke auf einfache Weise herstellen lassen.
Die Steuer- und veränderbare Ausbildung der Schwerschicht wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass eine füllstofϊhaltige Kunststoffschicht auf eine insbesonders geformte Oberfläche aufgesprüht wird, wobei man zunächst aus einem Bindemittel oder Bindemittelgemisch einen Freistrahl zum Sprühauftrag erzeugt. Der Füllstoff wird erst anschließend in den Freistrahl des noch nicht aus polymerisierten Bindemittels bzw. Bindemittelgemisch zudosiert. Die Zudosierung des Füllstoffs erfolgt über eine oder mehrere, vorzugsweise einzeln ansteuerbare Feststoffdüse(n) und kann dadurch zielgenau gesteuert und wunschgemäß reguliert werden. Die Zudosierung des Füllstoffs ist durch das erfindungsgemäße Verfahren auch während des Sprühvorgangs variabel einstellbar.
Der Füllstoff ist vorzugsweise ein rieselfähiger Feststoff hoher Dichte und sollte in einer Menge von 10 bis 90 Gew.-%, vorzugsweise 50 bis 80 Gew.-%, bezogen auf die Endmischung zudosiert werden.
Als Bindemittel können in dem erfindungsgemäßen Verfahren alle zur Herstellung von Masse- Feder- Systemen geeigneten herkömmlichen Bindemittel in den üblichen Mischungsverhältnissen eingesetzt werden. Vorzugsweise sollten Komponenten verwendet werden, welche die aktuellen Anforderungen der Recyclingfähigkeit erfüllen und am Ende des Produktlebenszyklus möglichst problemlos wiederverwertet werden können. Erfindungsgemäß bevorzugte Bindemittel sind Bindemittel auf Polyurethan-Basis, insbesondere solche die auf Basis eines Polyol-Isocyanat-Gemisches herstellbar sind. Es können jedoch auch andere geeignete Bindemittel verwendet werden.
Die örtliche Dichte und Dicke der aufgesprühten Schicht lassen sich durch Regulierung bzw. Steuerung der Füllstoffzufuhr erfindungsgemäß auch während des Verfahrens variabel steuern.
Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt die Erfindung ferner eine Vorrichtung gemäß Anspruch 10 bereit. Es wurde gefunden, dass sich durch das erfindungsgemäße Verfahren die Erosion also der Verschleiß der Vorrichtung, insbesondere des Mischkopfs wesentlich verringert. Dadurch verringert sich auch der Drift in der Mischgüte, was sich wesentlich auf die Sicherstellung einer gleichbleibenden Produktqualität auswirkt.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Sprühauftragen einer feststofϊhaltigen Kunststoffschicht auf eine Oberfläche mit einem Mischkopf, der eine erste Einrichtung zum Erzeugen eines Freistrahls des Bindemittelgemisches und zumindest eine zweite Einrichtung zum dosierten Zuleiten eines Füllstoffs aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Einrichtung zum dosierten Zuleiten des Füllstoffs so angeordnet ist, dass der Füllstoff in den aus dem Mischkopf austretenden Freistrahl dem Bindemittelgemisch zudosiert wird.
Die Vorrichtung kann mehrere zweite Einrichtungen zum dosierten Zuleiten des Füllstoffs vorgesehen, die bezüglich der ersten Einrichtung rotationssymetrisch angeordnet sind. Vorzugsweise hat die Vorrichtung drei zweite Einrichtungen, die in einem Winkelabstand von etwa 120° um die erste Einrichtung angeordnet sind. Die zweiten Einrichtungen bestehen vorzugsweise aus einzeln unabhängig oder gekoppelt ansteuerbaren Feststoffdüsen. Gemäß einer bevorzugten Ausfiihrungsform bestehen sie ferner aus einem besonders verschleißfesten Material, beispielsweise Keramikmaterial.
Die Erfindung betrifft des weiteren Kunststoffschichten, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellt sind. Diese können partiell bzw. örtlich unterschiedliche Dichten und/oder Dicken aufweisen. Eine weitere Ausfuhrungsform betrifft ein- oder mehrschichtige Zweikomponenten-Polyurethan-Systeme, schalldämmende oder -dämpfende Komponenten sowie Schwerschichten für schallisolierende Masse-Feder- Systeme mit ein oder mehreren Schichten, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Aufbringen einer Kunststoffschicht auf eine insbesondere geformte Oberfläche;
Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Füllstoffzuführ am Beispiel einer Ausfuhrungsform mit drei symmetrisch angeordneten Füllstoffdüsen;
Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Füllstoffverteilung auf der zu besprühenden Oberfläche bei einer Anordnung der Feststoffdüsen wie in Figur 2 gezeigt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden füllstofϊhaltige Kunststoffschichten auf eine insbesonders geformte Oberfläche aufgesprüht. Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von Schwer schichten für schalldämmende bzw. -dämpfende Komponenten, die nach dem bekannten Masse-Feder-System wirken. Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden Schwerschichten durch Sprühauftrag direkt auf der Schaum- oder Federschicht oder gegebenenfalls einer weiteren Zwischenschicht ausgebildet.
Die Schaum- oder Federschicht besteht bei üblichen Masse-Feder-Systemen aus einem offen- oder geschlossen zelligen Schaumstoff, aus einem imprägnierten Faserstoff aus organischen, natürlichen oder synthetischen Fasern, oder auch aus anorganischen, natürlichen oder synthetischen Fasern. Durch das Sprühverfahren kann die füllstofϊhaltige Kunststoffschicht auf beliebig geformte Oberflächen aufgetragen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun ausführlich anhand des Ausfuhrungsbeispiels in Fig. 1 erläutert. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst mit Hilfe eines Mischkopfes mit Düsen aus einem Bindemittel bzw. einem Bindemittelgemisch ein Freistrahl erzeugt. Der Düsendurchmesser sollte 0,l-5mm, bevorzugt 0,5-3 mm betragen.
Als Bindemittel können Thermoplaste, z.B. Polyvinylacetat, Polyvinylpropionat, Polyacryl- säureester, Polymetacrylsäureester, Polystyrol, Polyethylen als Homo- oder Copolymere oder Gemische davon, Zweikomponenten-Kunstharze, z.B. Polyurethan, Epoxidharz, Polyester und dergleichen, Bitumen, Pech, Wachs, Baum- oder Wurzelharze, natürliche und künstliche Gummi, Gummiregenerat oder Mischungen davon verwendet werden. Bevorzugte Bindemittel sind Zweikomponenten-Kunstharze, insbesondere Bindemittel auf Polyurethan-Basis. Als günstig für insbesondere schalltechnische Anwendungen zeigen sich Polyol-Isocyanat- Gemische mit einem Druckbereich von 20-250 bar, bevorzugt 60-150 bar, und einem Temperaturbereich des Polyols von 10-150°C, bevorzugt 20-100°C, und des Isocyanats von 10-100°C, bevorzugt 20-60°C. Das Mischungsverhältnis Polyol/Isocyanat beträgt 100/5 bis 100/90, bevorzugt 100/8 bis 100/80.
Nach Austritt des Freistrahls 3 aus dem Mischkopf 1 wird ein Füllstoff außerhalb des Mischkopfes 1 in das noch nicht auspolymerisierte Bindemittelgemisch etwa in einem Bereich eindosiert. Die Zufuhr des Füllstoffes erfolgt mit Hilfe eines üblichen FüllstofffÖrderers, der einen rieselfähigen Füllstoff im Dickstrom fördern kann.
Der Füllstoff ist vorzugsweise ein rieselfähiger Feststoff hoher Dichte. Die Dichte erfindungsgemäß geeigneter Füllstoffe liegt im Bereich über 2 g/cm3, vorzugsweise über 4,5 g/cm3 Die Menge des zudosierten Füllstoffs bzw. Feststoffs hängt insbesondere von dem verwendeten Bindemittel und der gewünschten Dichte der aufzubringenden Schicht ab. Das Mischungsverhältnis von Bindemittel zu Füllstoff lässt sich für den Fachmann auf einfache Weise z. B. mittels Versuchen ermitteln, wobei der Spritzabstand, d. i. der Abstand zwischen Mischkopf und der zu beschichtenden Oberfläche, bei 20-500mm, bevorzugt 100-250mm liegen sollte, um eine gleichmäßige Vermischung im Sprühstrahl 8 zu gewährleisten. Der Füllstoff sollte vorzugsweise in einer Menge Füllgrad von 10 bis 90 Gew.-%, vorzugsweise 50 bis 80 Gew.-%, bezogen auf die Endmischung zudosiert werden.
Der Füllstoff kann aus ein oder mehreren partikelförmigen Materialien bestehen, die mindestens eine, vorzugsweise mehrere der nachstehenden Eigenschaften aufweisen: ein spezifisches Gewicht von mehr als 2 g/cm3 haben, feingemahlen sind, ein Schüttgewicht von mehr als 600 g/1 haben und eine Korngröße (Partikeldurchmesser) zwischen 10 und 500mm, vorzugsweise zwischen 50 und 250mm aufweisen. Die erfindungsgemäß verwendeten Füllstoffe sollten gut schüttbar sein. Bevorzugte Füllstoffe sind körnige, blättchenförmige oder pulverförmige Teilchen, beispielsweise aus Bariumsulfat (BaSO4).
Die Zudosierung des Füllstoffs erfolgt aus ein oder mehreren Richtungen über eine oder mehrere Feststoffdüsen 5 insbesondere bis zu 16, vorzugsweise 2 bis 6 Feststoffdüsen, die symmetrisch am Mischkopf 1 angeordnet sind. Besonders bevorzugt wird der Füllstoff über 3 Feststoffdüsen, die im Winkelabstand von etwa 120° angeordnet sind, zugeführt. Dadurch erreicht man eine optimale Vermischung und Verbindung von Bindemittel und Füllstoff im Sprühstrahl, so dass auch im fertigen Produkt eine gleichmäßigen Verteilung des Füllstoffs und damit eine gleichmäßige Dichteverteilung erreicht wird. Der Durchmesser der Feststoffdüsen 5 sollte 0,l-10mm, bevorzugt l-5mm betragen.
Die Zudosierung des Füllstoffs ist durch das erfindungsgemäße Verfahren variabel steuerbar, insbesondere auch während des Sprühvorgangs. Der Füllstoffgehalt im Sprühstrahl 8 kann frei gewählt und je nach Erfordernis der zu beschichtenden Oberflächenbereiche fortlaufend neu eingestellt und verändert werden. Durch die Steuerung des Füllstoffgehalts im Sprühstrahl 8 kann die Dichte der aufgesprühten Schicht bestimmt werden.
Die Füllstoffzufuhr in den Sprühstrahl erfolgt zweckmäßig mittels Druckluft oder einem anderen Druckfluid, das vorzugsweise mit dem beteiligten Materialien nicht reagiert. Ferner macht man sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren den negativen Druckgradienten in Richtung zum bzw. in den Freistrahl 3 zunutze. Das Bindemittel, das in Form des Freistrahls 3 aus dem Mischkopf 1 austritt, reißt den zudosierten Füllstoff beim Austritt aus der Füllstoffdüse 5 in der Stromlinie mit, wodurch ein homogener Sprühstrahl 8 entsteht.
Weitere vorteilhafte Wirkungen, die durch das erfindungsgemäße Verfahren erzielt werden, sind, dass im Sprühstrahl 8 eine optimale Vermischung und Verbindung von Bindemittel und Füllstoff entsteht, was zu einer gleichmäßigen Füllstoffverteilung und damit Dichteverteilung im fertigen Produkt führt. Auf diese Weise können auch Produkte mit sehr hohen Dichten hergestellt werden.
Neben dem negativen Druckgradienten wird das erfindungsgemäße Verfahren durch das Zerwellen und Zerstäuben des Füllstoffs im Freistrahl 3 gefördert. Der Füllstoff wird beim Zudosieren in den Freistrahl 3 durch die inneren Turbulenzen der Flüssigkeit vom Strahl aufgenommen und darin gleichmäßig vermischt.
Ferner wird das Risiko des Oversprays und Strahlzerfalls dadurch verringert, dass man die Geschwindigkeit des Bindemittel-Freistrahls 3 aufgrund der Impulserhaltung und des hohen spezifischen Gewichts des Füllstoffs verringern kann. Dadurch lässt sich die Auftrag- genauigkeit des Bindemittels bzw. des Bindemittelgemisches und des eingemischten Füllstoffs erhöhen.
Schließlich trägt das Verfahren dazu bei, dass die verwendete Sprühvorrichtung einer geringeren Abnutzung ausgesetzt ist, da der Abrieb verursachende partikelfbrmige Füllstoff weder in den Mischkopf 1 noch in damit verbundenen Rohre gelangt. Zum einen verlängert sich dadurch die Lebensdauer der Gerätschaften, was erhebliche Kosten einspart, und zum anderen wird die Produktqualität über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten. Bei herkömmlichen Verfahren wurde dagegen nach einer gewissen Betriebzeit ein Drift der Mischgüte beobachtet, der vermutlich auf Erosion des Mischkopfs zurückzufuhren ist.
Das Verfahren kann auch in einer dem Fachmann bekannten Weise abgewandelt oder ergänzt werden. So können dem Bindemittelgemisch beispielsweise neben den genannten Komponenten weitere Hilfs- oder Zusatzstoffe, die im Stand der Technik bekannt sind, zugesetzt werden.
Des weiteren wird durch die Erfindung eine Vorrichtung zum Sprühauftragen einer feststof haltigen Kunststoffschicht auf eine insbesondere geformte Oberfläche bereitgestellt, mit der das oben genannte Verfahren durchgeführt werden kann. Die Vorrichtung, die anhand von Fig. 1 beschrieben wird, besteht aus einem Mischkopf 1, der eine erste Einrichtung 2 zum Erzeugen eines Freistrahls 3 des Bindemittels bzw. des Bindemittelgemisches und zumindest eine zweite Einrichtung 4 zum dosierten Zuleiten eines Füllstoffs besitzt. Die erste Einrichtung 2 weist vorzugsweise eine Düse 5 zum Zuführen bzw. Ausstoßen des Bindemittelgemisches auf.
Die Zudosierung und Steuerung der Füllstoffzufuhr über eine Zuleitung 6 kann dabei auf an sich übliche Weise mittels Druckluft erfolgen, die über eine weitere Zuleitung 7 auferlegt wird und den zugegebenen Füllstoff in den Freistrahl 3 mitreißt. Weiter unterstützt wird die Zudosierung des Füllstoffs durch den oben beschriebenen negativen Druckgradienten.
Die zweite Einrichtung 4 zum dosierten Zuleiten des Füllstoffs 5 ist erfindungsgemäß so angeordnet, dass der Füllstoff in den aus dem Mischkopf 1 austretenden Freistrahl 3 dem Bindemittelgemisch zudosiert wird. Zur gleichmäßigen Füllstoffzufuhr besitzt die Vorrichtung vorzugsweise mindestens zwei, weiter bevorzugt drei zweite Einrichtungen 4 zum dosierten Zuleiten des Füllstoffs. Diese sollten bezüglich der ersten Einrichtung 2 rotationssymetrisch angeordnet sein.
Eine besonders bevorzugte Ausfuhrungsform ist in Fig. 2 gezeigt, wobei drei zweite Einrichtungen 4 im Winkelabstand von etwa 120° um die erste Einrichtung 2 angeordnet sind. Mit dieser Anordnung lässt sich die bestmögliche Füllstoffverteilung im Sprühstrahl 8 erreichen. Die mit dieser bevorzugten Vorrichtung theoretisch erreichbare Füllstoffverteilung im Sprühkreis ist in Fig. 3 dargestellt.
Die zweiten Einrichtungen 4 sollten so angeordnet sein, dass die Füllstoffzufuhr möglichst direkt in nur kurzem Abstand nach dem Austritt des Freistrahls 3 aus der ersten Einrichtung 2 in den Freistrahl 3 erfolgt. Mit zunehmenden Abstand vergrößert sich die Streuung des Sprühstrahls 8. Dies führt zu einer schlechteren Vermischung und einer ungenaueren Auftragsgenauigkeit der im Sprühstrahl 8 gebildeten füllstoffhaltigen Kunststoffmischung.
Die zweiten Einrichtungen 4 weisen vorzugsweise einzeln unabhängig oder gekoppelt ansteuerbare Feststoffdüsen 5 auf. Die unabhängige Ansteuerbarkeit ist insbesondere bei Anwendungen vorteilhaft, bei denen der Sprühwinkel nicht senkrecht zur Auftragsoberfläche ist. Insbesondere bei stark geformten Oberflächen oder Oberflächen mit größeren Erhebungen und Vertiefungen trifft der Sprühstrahl 8 häufig in einem spitzen oder stumpfen Winkel auf die Oberfläche auf. Aufgrund des hohen Dichteunterschieds zwischen Bindemittel bzw. Bindemittelgemisch und Füllstoff käme es dabei leicht zu einer Teilentmischung des Sprühstrahls 8 und damit zu einer ungleichmäßigen Verteilung des Füllstoffs im Produkt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich die einzelnen Feststoffdüsen 5 einzeln ansteuern, so dass die Füllstoffzufuhr über die jeweiligen Düsen 5 unabhängig eingestellt und reguliert werden kann. Dadurch kann auch unter extremen Sprühwinkeln ein gleichmäßiger Auftrag sichergestellt werden.
Zur Verringerung der Erosion durch die Füllstoffteilchen können die Einrichtungen 4 ganz oder zumindest im Bereich der Füllstoffdüsen 5 aus einem beständigen Material, beispielsweise aus einem Keramikmaterial hergestellt sein.
Schließlich betrifft die Erfindung die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Produkte. Das Verfahren eignet sich zur Herstellung zahlreicher Kunststoffschichten, insbesondere solcher, die partiell unterschiedliche Dichten und/oder Dicken aufweisen. Besonders geeignet ist das Verfahren zur Herstellung von Zweikomponenten-Polyurethan-Systemen mit einer oder mehreren Schichten, schalldämmender oder -dämpfender Komponenten mit einer oder mehreren Schichten und Schwerschichten für schallisolierende Masse-Feder-Systeme wie sie in der Automobilindustrie zur Schallisolierung verwendet werden.
Die erfindungsgemäß hergestellten Produkte weisen sich durch eine besonders gleichmäßige Füllstoffverteilung in den jeweiligen Bereichen, die von unterschiedlichen Dicken und/oder Dichten sein können, aus.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Aufbringen einer füllstoffhaltigen Kunststoffschicht auf eine auch geformte Oberfläche, wobei eine Mischung, enthaltend ein Bindemittel oder ein Bindemittelgemisch und einen Füllstoff, auf die Oberfläche aufgesprüht wird, dadurch gekennzeichnet, dass man
(a) aus dem Bindemittel bzw. dem Bindemittelgemisch einen Freistrahl zum Sprühauftrag erzeugt und
(b) den Füllstoff in den Freistrahl des noch nicht auspolymerisierten Bindemittels bzw. Bindemittelgemisches zudosiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff über eine oder mehrere, einzeln ansteuerbare Feststoffdüsen zudosiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zudosierung des Füllstoffs während des Verfahrens variabel einstellbar ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zudosierte Füllstoff ein rieselfähiger Feststoff hoher Dichte ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte über 2 g/cm3, bevorzugt über 4,5 g/cm3 liegt.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff in einer Menge von 10 bis 90 Gew.-%, bezogen auf die Endmischung zudosiert wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff in einer Menge von 50 bis 80 Gew.-%, bezogen auf die Endmischung zudosiert wird.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel ein Bindemittel auf Polyurethan-Basis ist.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichten und/oder Dicken der aufgesprühten Schicht während des Verfahrens variabel steuerbar sind.
10. Vorrichtung zum Sprühauftragen einer feststoffhaltigen Kunststoffschicht auf eine insbesonders geformte Oberfläche, mit einem Mischkopf (1), der eine erste Einrichtung (2) zum Erzeugen eines Freistrahls (3) eines Bindemittels oder eines Bindemittelgemisches und zumindest eine zweite Einrichtung (4) zum dosierten Zuleiten eines Füllstoffs aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Einrichtung (4) zum dosierten Zuleiten des Füllstoffs so angeordnet ist, dass der Füllstoff in den aus dem Mischkopf (1) austretenden Freistrahl (3) zudosiert wird.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere zweite Einrichtungen (4) zum dosierten Zuleiten des Füllstoffs vorgesehen sind, die bezüglich der ersten Einrichtung (2) rotationssymetrisch angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass drei zweite Einrichtungen (4) in einem Winkelabstand von etwa 120° um die erste Einrichtung (2) angeordnet sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Einrichtungen (4) einzeln unabhängig oder gekoppelt ansteuerbare Feststoffdüsen (5) aufweisen.
14. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest die Feststoffdüsen (5) der zweiten Einrichtungen (4) zum Zuleiten von Füllstoff aus Keramikmaterial bestehen.
15. Kunststoffschichten mit partiell unterschiedlichen Dichten und/oder Dicken, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 bzw. mittels einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 10-14.
16. Zwei-Komponenten-Polyurethan-System mit einer oder mehreren Schichten, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 bzw. mittels der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 10-14.
17. Schalldämmende oder -dämpfende Komponenten mit einer oder mehreren Schichten, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 bzw. mittels der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 10-14.
18. Schwer schichten für schallisolierende Masse-Feder- Systeme, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 bzw. mittels der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-14.
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