EP1458494B1 - Verfahren zum aufsprühen von kunststoffschichten - Google Patents

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EP1458494B1
EP1458494B1 EP02804897A EP02804897A EP1458494B1 EP 1458494 B1 EP1458494 B1 EP 1458494B1 EP 02804897 A EP02804897 A EP 02804897A EP 02804897 A EP02804897 A EP 02804897A EP 1458494 B1 EP1458494 B1 EP 1458494B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
filler
binder
layer
process according
added
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP02804897A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1458494A2 (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 to a method for applying a heavy layer to a molded surface for producing a sound-insulating multi-layer wall cladding, as used, for example, in vehicle interior trim.
  • DE-OS 20 06 741 describes, for example, a multi-layered, sound-deadening member consisting of a deformed carpet and a correspondingly deformed heavy layer which are joined together by a conventional method, for example gluing, and which is floatingly mounted on a layer of dynamically soft material on the body of the vehicle , Furthermore, it is described that the carpet surface need only be locally coated, preferably in the area of the bulkhead, the wheel arches and in the parking area of the feet in front of the front seats. However, this lining still has a relatively high weight.
  • DE-PS 11 86 648 describes a sound absorbing and vibration damping material for machine cladding consisting of a layer of soft elastic sound absorbing foam and a layer of vibration damping layer made of synthetic resin bonded 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 material or applied in some other way.
  • a disadvantage of the conventional injection molding 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 must be replaced frequently.
  • the present invention seeks to provide an improved method by which you can apply a solids-containing plastic layer in the desired manner to a particular shaped surface.
  • the invention is based on the finding that a significant weight saving results when the heavy layer is formed so that it has the respective required thickness and / or density according to the local design and acoustic conditions.
  • the heavy layer are formed with a smaller thickness and / or density.
  • areas with high sound transmission can be reinforced isolated and insulated.
  • the invention thus allows better sound insulation, since each area of the panel can be configured individually best possible according to the acoustic requirements, the z. B. be determined based on measurements.
  • the invention now provides an improved method with which such layers with, in particular, locally different density and / or thickness can be produced in a simple manner.
  • the controllable and changeable formation of the heavy layer is inventively achieved in that a filler-containing plastic layer is sprayed onto a particularly shaped surface, wherein initially generated from a binder or binder mixture a free jet for spray application. The filler is then metered into the free jet of not yet polymerized binder or binder mixture.
  • the metered addition of the filler takes place via a plurality of individually controllable solids nozzle (s) and can thereby be precisely controlled and regulated as desired.
  • the metered addition of the filler can also be variably adjusted during the spraying process by the method according to the invention.
  • the filler is preferably a free-flowing solid of high density and should be added in an amount of 10 to 90 wt .-%, preferably 50 to 80 wt .-%, based on the final mixture.
  • binders suitable for the production of mass-spring systems can be used as binders in the customary mixing ratios.
  • components should be used which meet the current requirements of recyclability and can be recycled as easily as possible at the end of the product life cycle.
  • Preferred binders according to the invention are polyurethane-based binders, in particular those which can be prepared on the basis of a polyol-isocyanate mixture.
  • other suitable binders may be used.
  • the local density and thickness of the sprayed layer can be variably controlled by regulation or control of the filler feed according to the invention also during the process.
  • a device for spray application of a solids-containing plastic layer on a surface according to the method according to the invention with a mixing head having a first means for generating a free jet of the binder mixture and a plurality of second means for metered feed of a filler is characterized in that the second means for metered Supplying the filler are arranged so that the filler is metered into the free-jet emerging from the mixing head of the binder mixture.
  • the device has a plurality of second devices for the metered supply of the filler, which are rotationally symmetrical with respect to the first device.
  • the device has three second means arranged at an angular distance of about 120 ° about the first means.
  • the second devices are preferably made of individually independently or coupled controllable solids nozzles. According to a preferred embodiment, they further consist of a particularly wear-resistant material, such as ceramic material.
  • filler-containing plastic layers are sprayed onto a particularly shaped surface.
  • the method is particularly suitable for the production of heavy layers for sound-absorbing or - damping components that act according to the known mass-spring system.
  • heavy layers are formed by spray application directly on the foam or spring layer or optionally a further intermediate layer.
  • the foam or spring layer consists in conventional mass-spring systems of an open or closed cellular foam, of an impregnated fiber of organic, natural or synthetic fibers, or of inorganic, natural or synthetic fibers.
  • a free jet is first produced by means of a mixing head with nozzles made of a binder or a binder mixture.
  • the nozzle diameter should be 0.1-5mm, preferably 0.5-3mm.
  • Suitable binders include thermoplastics, for example polyvinyl acetate, polyvinyl propionate, polyacrylic acid esters, polymethacrylic acid esters, polystyrene, polyethylene as homo- or copolymers or mixtures thereof, two-component synthetic resins, for example polyurethane, epoxy resin, polyester and the like, bitumen, pitch, wax, tree or root resins, natural and artificial gums, rubber regenerants or mixtures thereof are used.
  • Preferred binders are two-component synthetic resins, in particular polyurethane-based binders.
  • Polyol isocyanate mixtures having 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 of 10 are found to be favorable for particularly sonic applications -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 outside the mixing head 1 is metered into the not yet fully polymerized binder mixture, for example in one area.
  • the supply of the filler is carried out using a conventional filler conveyor, which can promote a free-flowing filler in the thick stream.
  • the filler is preferably a free flowing high density solid.
  • the density according to the invention suitable fillers is in the range above 2 g / cm 3 , preferably above 4.5 g / em 3.
  • the amount of the added filler or solid depends in particular on the binder used and the desired density of the applied layer.
  • the mixing ratio of binder to filler can be for the expert in a simple manner z. B. determine by means of experiments, wherein the spray distance, ie the distance between the mixing head and the surface to be coated, at 20-500mm, preferably 100-250mm should be to ensure uniform mixing in the spray 8.
  • the filler should preferably be added in an amount of filler from 10 to 90 wt .-%, preferably 50 to 80 wt .-%, based on the final mixture.
  • the filler may consist of one or more particulate materials having at least one, preferably more of the following properties: have a specific gravity of more than 2 g / cm 3 , finely ground, have a bulk density of more than 600 g / l and a Grain size (particle diameter) between 10 and 500mm, preferably between 50 and 250mm.
  • the fillers used according to the invention should be readily pourable.
  • preferred Fillers are granular, platelet-shaped or pulverulent particles, for example of barium sulfate (BaSO 4 ).
  • the filler is metered in via a plurality of solid-state nozzles 5, in particular up to 16, preferably 2 to 6 solid-state nozzles, which are arranged symmetrically on the mixing head 1. More preferably, the filler is supplied via 3 solid nozzles, which are arranged at an angular distance of about 120 °. This achieves optimal mixing and bonding of binder and filler in the spray, so that even in the finished product uniform distribution of the filler and thus a uniform density distribution is achieved.
  • the diameter of the solid nozzle 5 should be 0.1-10mm, preferably 1-5mm.
  • the metered addition of the filler can be controlled variably by the method according to the invention, especially during the spraying process.
  • the filler content in the spray jet 8 can be chosen freely and continuously adjusted and changed depending on the requirement of the surface areas to be coated. By controlling the filler content in the spray jet 8, the density of the sprayed layer can be determined.
  • the filler feed into the spray is expediently carried out by means of compressed air or another pressurized fluid, which preferably does not react with the materials involved. Furthermore, in the method according to the invention, the negative pressure gradient towards or into the free jet 3 is utilized.
  • the binder, which emerges from the mixing head 1 in the form of the free jet 3, entrains the added filler at the exit from the filler nozzle 5 in the streamline, resulting in a homogeneous spray jet 8.
  • the inventive method is promoted by the Zerwellen and atomizing the filler in the free jet 3.
  • the filler is absorbed by the jet during metered addition into the free jet 3 by the internal turbulence of the liquid and uniformly mixed therein.
  • the risk of overspray and jet disintegration is reduced by being able to reduce the velocity of the binder free jet 3 due to the conservation of momentum and the high specific gravity of the filler. This allows the Increase application accuracy of the binder or of the binder mixture and the blended filler.
  • the method contributes to the fact that the spray device used is exposed to less wear, since the abrasive particles causing filler passes neither into the mixing head 1 nor in associated pipes. On the one hand extends the life 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, after a certain period of operation, a drift in the mixing quality was observed, which is presumably due to erosion of the mixing head.
  • the method can also be modified or supplemented in a manner known to the person skilled in the art.
  • the binder mixture for example, in addition to the components mentioned other auxiliaries or additives, which are known in the art, can be added.
  • a device for spray application of a solids-containing plastic layer on a raised and indentations shaped surface consists of a mixing head 1, which has a first means 2 for generating a free jet 3 of the binder or the binder mixture and at least one second means 4 for metered feeding a filler.
  • the first device 2 preferably has a nozzle 5 for supplying or expelling the binder mixture.
  • the metered addition and control of the filler supply via a supply line 6 can be carried out in a conventional manner by means of compressed air, which is imposed via a further supply line 7 and entrains the added filler in the free jet 3.
  • the addition of 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 so that the filler is added to the binder mixture in the free jet 3 emerging from the mixing head 1.
  • the device preferably has at least two, more preferably three second devices 4 for the metered supply of the filler. These should be arranged rotationally symmetrical with respect to the first device 2.
  • FIG. 2 A particularly preferred embodiment is in Fig. 2 shown, wherein three second means 4 are arranged at an angular distance of about 120 ° to the first means 2. With this arrangement, the best possible filler distribution in the spray jet 8 can be achieved. The theoretically achievable with this preferred device filler distribution in the spray is in Fig. 3 shown.
  • the second devices 4 should be arranged so that the filler feed takes place as directly as possible in just a short distance after the exit of the free jet 3 from the first device 2 in the free jet 3. With increasing distance, the scattering of the spray jet 8 increases. This leads to a poorer mixing and a less precise order accuracy of the filler-containing plastic mixture formed in the spray jet 8.
  • the second devices 4 preferably have individually controllable or independently controllable solids nozzles 5.
  • the independent controllability is particularly advantageous in applications in which the spray angle is not perpendicular to the application surface. Particularly in the case of strongly shaped surfaces or surfaces with larger elevations and depressions, the spray jet 8 often strikes the surface at an acute or obtuse angle. Due to the high density difference between binder or binder mixture and filler it would easily lead to a partial separation of the spray jet 8 and thus to an uneven distribution of the filler in the product.
  • the individual solid-state nozzles 5 can be controlled individually, so that the filler feed can be adjusted and regulated independently via the respective nozzles 5. This ensures a uniform application even under extreme spray angles.
  • the devices 4 may be wholly or at least in the area of the filler nozzles 5 made of a durable material, for example of a ceramic material.
  • the method is suitable for the production of numerous plastic layers, in particular those which have partially different densities and / or thicknesses. Particularly suitable is the process for the preparation of two-component polyurethane systems with one or more layers, sound-absorbing or -dämpfender components with one or more layers and heavy layers for sound-insulating mass-spring systems such as those used in the automotive industry for sound insulation.
  • the products produced according to the invention have a particularly uniform filler distribution in the respective regions, which can be of different thicknesses and / or densities.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer füllstoffhaltigen 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.
  • Aus der US 5,964,418 ist ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum kombinierten Auftrag eines flüssigen Kunstharzes und eines Metallpuders bekannt. Durch eine Düse der Sprühvorrichtung wird ein Freistrahl eines flüssigen Kunstharzes erzeugt. In diesen Freistrahl wird mittels eines Paars von diametral angeordneten Auslässen ein Füllstoff in Form eines Metallpuders zudosiert. Dabei wird die Zudosierung zu dem Paar Auslässen so vorgenommen, dass sich eine gleichmäßige Durchmischung des Strahls ergibt.
  • 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 feststoffhaltige Kunststoffschicht in gewünschter Weise auf eine insbesonders geformte Oberfläche aufbringen kann.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 7.
  • 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 füllstoffhaltige 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 mehrere 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.
  • 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.
  • Eine Vorrichtung zum Sprühauftragen einer feststoffhaltigen Kunststoffschicht auf eine Oberfläche gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einem Mischkopf, der eine erste Einrichtung zum Erzeugen eines Freistrahls des Bindemittelgemisches und mehrere zweite Einrichtungen zum dosierten Zuleiten eines Füllstoffs aufweist, zeichnet sich dadurch aus, dass die zweiten Einrichtungen zum dosierten Zuleiten des Füllstoffs so angeordnet sind, dass der Füllstoff in den aus dem Mischkopf austretenden Freistrahl dem Bindemittelgemisch zudosiert wird.
  • Die Vorrichtung hat mehrere zweite Einrichtungen zum dosierten Zuleiten des Füllstoffs, 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 Ausführungsform bestehen sie ferner aus einem besonders verschleißfesten Material, beispielsweise Keramikmaterial.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Vorrichtung zum erfindungsgemäßen Aufbringen einer Kunststoffschicht auf eine insbesondere geformte Oberfläche;
    • Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Füllstoffzufuhr am Beispiel einer Ausführungsform 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 füllstoffhaltige Kunststoffschichten auf eine insbesonders geformte Oberfläche aufgesprüht. Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von Schwerschichten 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 füllstoffhaltige Kunststoffschicht auf beliebig geformte Oberflächen aufgetragen werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun ausführlich anhand des Ausführungsbeispiels 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 0,1-5mm, bevorzugt 0,5-3mm betragen.
  • Als Bindemittel können Thermoplaste, z.B. Polyvinylacetat, Polyvinylpropionat, Polyacrylsäureester, 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 PolyolIsocyanat-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/em3. 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/l 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 über 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 0,1-10mm, bevorzugt 1-5mm 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 Auftraggenauigkeit 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 partikelförmige 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 zurückzuführen 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.
  • Eine Vorrichtung zum Sprühauftragen einer feststoffhaltigen Kunststoffschicht auf eine mit Erhebungen und Vertiefungen geformte Oberfläche, 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 Ausführungsform 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.
  • 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 Zweikomponentenpolyurethan-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 (7)

  1. Verfahren zum Aufbringen einer füllstoffhaltigen Kunststoffschicht auf eine Oberfläche, wobei
    - eine Mischung, welche ein Bindemittel oder Bindemittelgemisch und einen Füllstoff enthält, auf die Oberfläche aufgesprüht wird,
    - aus dem Bindemittel bzw. dem Bindemittelgemisch ein Freistrahl zum Sprühauftrag erzeugt wird und der Füllstoff über mehrere Feststoffdüsen in den Freistrahl des noch nicht auspolymerisierten Bindemittels bzw. Bindemittelgemisch zudosiert wird, und wobei
    - die Zudosierung des Füllstoffs während des Verfahrens variabel einstellbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Oberfläche Erhebungen und Vertiefungen aufweist und
    - die Feststoffdüsen jeweils einzeln unabhängig voneinander ansteuerbar sind,
    wodurch die Füllstoffzufuhr über die jeweiligen Düsen unabhängig eingestellt und reguliert werden kann.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der zudosierte Füllstoff ein rieselfähiger Feststoff hoher Dichte ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Dichte über 2 g/cm3, bevorzugt über 4,5 g/cm3 liegt.
  4. 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.
  5. 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.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Bindemittel ein Bindemittel auf Polyurethan-Basis ist.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Dichten und/oder Dicken der aufgesprühten Schicht während des Verfahrens variabel steuerbar sind.
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