NL8800159A

NL8800159A - Gevormd produkt, omvattende een met samenhangend natuurlijkevezelmateriaal versterkt thermogehard, geschuimd kunststofplaatmateriaal en werkwijze ter vervaardiging van het gevormde produkt.

Info

Publication number: NL8800159A
Application number: NL8800159A
Authority: NL
Original assignee: Groot Automotives
Priority date: 1987-11-27
Filing date: 1988-01-25
Publication date: 1989-06-16
Also published as: NL186900C; EP0320042B1; NL186900B; EP0320042A1; DK657588D0; ES2032953T3; DK657588A; US5037690A; DE3862018D1

Description

Ji V.0. 1021

Titel: Gevormd produkt, omvattende een met samenhangend natuurlijke-vezelmateriaal versterkt thermogehard, geschuimd kunststofplaatmateriaal en werkwijze ter vervaardiging van het gevormde produkt.

De uitvinding heeft betrekking op een gevormd produkt, omvattende een met samenhangend natuurlijke-vezëlmateriaal versterkt thermogehard kunststofplaatmateriaal.

Een dergelijk produkt en werkwijze ter vervaardiging 5 ervan is bekend uit het Duitse Offenlegungsschrift DE-A-31 50 906. Het bekende gevormde produkt heeft daarbij betrekking op de toepassing van een met kokos-, katoen of jute-vezelvliesmat versterkt kunststofplaatmateriaal waarbij als het kunststofmateriaal een thermohardbare polyesterhars 10 wordt toegepast. De polyesterhars heeft een schuimstructuur, verkregen door voor de toepassing ervan aan het polyester-materiaal een schuimmiddel toe te voegen, bijvoorbeeld een azide of een carbonaat. De bekende gevormde produkten kunnen worden toegepast bij de bouw van voertuigen voor gebruik te 15 land, ter zee of in de lucht.

Bij het verwerken van polyester wordt styreen vrijgegeven hetgeen uit het oogpunt van milieuverontreiniging bezwaarlijk is. Hiervoor dienen derhalve voorzieningen te worden getroffen die aanmerkelijke kosten met zich mee brengen, 20 zeker wanneer de MAC-waarde van styreen (de maximaal aanvaardbare concentratie, opgegeven in p.p.m, = “part-per-million") in de nabije toekomst drastisch zal worden verlaagd. Verder vraagt het fabrikage-proces waarbij polyesterharsmateriaal wordt toegepast relatief veel energie: om tot een econo-25 mische produktie te komen, houdt men procestemperaturen van 130-220°C aan.

Doel van de uitvinding is een gevormd produkt van de in de aanhef vermelde soort dat via een vereenvoudigde .8800159 -2- V.

procesvoering kan worden verkregen, milieuvriendelijk is en kan worden verwerkt en dat door gebruik te maken van de eigenschappen van het natuurlijke-vezelmateriaal en van het kunststofmateriaal tot materiaalcombinaties met 5 bijzondere eigenschappen kan leiden.

De uitvinding heeft nu tot kenmerk, dat het kunst-stofplaatmateriaal een samenstel is van met bindmiddelvrij natuurlijke-vezelmateriaal versterkt polyurethanhars-materiaal.

10 Volgens de uitvinding is een bindmiddelvrij natuur lijke-vezelmateriaal toegepast om een mogelijke storende invloed van een bindmiddel uit te sluiten.

Een kunststofmateriaal volgens de uitvinding kan worden verwerkt tot een samengesteld produkt, bijvoorbeeld 15 een sandwichpaneel, waarbij een kernlaag aan beide zijden hecht verbonden is met een kunststofplaatmateriaal volgens de uitvinding. Een dergelijk sandwichpaneel kan een vlak produkt zijn of een meer of minder sterk geprofileerd, bijvoorbeeld gegolfd, produkt of een gebogen produkt 20 zijn.

De kernlaag kan een rooster- of honingraatstructuur, een volle-laagstructuur of ook een sterk geprofileerde structuur omvatten.

Indien de kernlaag een rooster- of honingraatstructuur 25 bezit, kan hij vervaardigd zijn uit een materiaal als bijvoorbeeld papier, karton, aramide, Kevlar, polystyreen, polycarbonaat.

Bij een kernlaag met een volle-laagstructuur kan de laag gevormd zijn uit bijvoorbeeld een schuimlaag 30 uit polyurethan, polystyreen of polyvinylchloride. Ingeval van een polyurethanschuimlaag als kernlaag kan deze gevuld zijn met bijvoorbeeld glasvezels of geëxpandeerde kleikorrels, of de kernlaag kan ook bestaan uit balsahout of een mineraal vulmateriaal als bijvoorbeeld steenwol 35 of keramisch vezelmateriaal.

* 8800159

A

-3-

Indien de kernlaag een geprofileerd materiaal is, kan deze gevormd zijn uit bijvoorbeeld golfkaron, ABS, GVK, polypropeen, polystyreen, Kevlar, aramide. Ook is het mogelijk een geprofileerde kernlaag toe te passen, 5 verkregen uit evenwijdig gerangschikte, nagenoeg aanliggende buisjes polyvinylchloride, polystyreen of polypropeen.

Een produkt volgens de uitvinding kan de vorm hebben van een vlakke plaat als zodanig maar ook bijvoorbeeld van een specifiek gevormd produkt uit in hoofdzaak de 10 kunststofplaat volgens de uitvinding zoals een zelfdragend interieurdeel, bijvoorbeeld een deurpaneel, van een automobiel. Ook binnen de bouwwereld zijn veel toepassingsmogelijkheden voor een dergelijke uitvoeringsvorm van de kunststofplaat volgens de uitvinding. Wat betreft 15 de sandwichpanelen kunnen als voorbeelden van toepassingsgebieden worden genoemd: - standbouw (tentoonstellingen).

Momenteel worden hiervoor zware panelen gebruikt (15-30 kg/m2).

20 Het paneel volgens de uitvinding bezit een massa van 3-5 kg/m2.

- Bouwindustrie.

Te denken valt aan deuren, dakpanelen, scheidingswanden, vloerplaten, isolatiepanelen.

25 - Projectbouw.

Toepassing als magazijnlegborden, toonbanken en dergelijke.

- Meubelindustrie.

Banken, bedden.

30 De uitvinding heeft eveneens betrekking op een werkwijze ter vervaardiging van een gevormd produkt, omvattende een met een samenhangend natuurlijke-vezelmate-riaal versterkt thermogehard kunststofplaatmateriaal waarbij een vezelmat wordt geïmpregneerd met een tot .8800159 % -4- de kunststof thermohardbaar reactiemengsel; de geïmpregneerde vezelmat wordt overgebracht naar een matrijs en daarin gehandhaafd bij verhoogde temperatuur en druk waarna het verkregen gevormde produkt uit de matrijs 5 wordt verwijderd, bij welke werkwijze een bindmiddelvrije vezelmat uit natuurlijke-vezelmateriaal met een watergehalte van tenminste 4% wordt geïmpregneerd met een tot een polyurethanmateriaal thermohardbaar mengsel, omvattende een polyether-polyol component en een isocyanaat component 10 zoals op zichzelf bekend, waarbij de temperatuur van het mengsel wordt gehandhaafd op 20-50°C en waarbij de geïmpregneerde vezelmat in de matrijs wordt gehard bij een persdruk van 3,5-20 kg/cm3 en een temperatuur van 20-75°C.

15 Bij voorkeur bedraagt het watergehalte van het natuurlijke-vezelmateriaal 4-20%.

Volgens een nadere uitwerking van de werkwijze volgens de uitvinding bedraagt het harspercentage van de geïmpregneerde vezelmat 35-70 gew%.

20 De polyether-polyol component en de isocyanaat component uit het tot het polyurethanharsmateriaal hardbare mengsel waarmee de vezelmat wordt geïmpregneerd, reageren na menging direct met elkaar volgens het principe van de polyadditie, waarvan de basisreactie luidt: 25 —R—N=C=0 + HO—(CH2—CHj—O —)- -) —R—N — C—0-(CH0—CH*— O —) - I II 2 2 n H 0

Deze reactie kan eventueel worden versneld met specifieke katalysoren welke tezamen met eventueel andere benodigde 30 toeslagstoffen, zoals oppervlak-actieve stoffen en vlamver-tragers aan de polyol worden toegevoegd.

Uit de polyurethanchemie is bekend dat de isocyanaat component met water kan reageren volgens de reactievergelij-king: .8800159 ¥ > -5- f t R—N=-C=Q + HOH—-^ R—N—H + C02

De uitvinding stoelt nu op de gedachte om, gebaseerd op de reactie van isocyanaat met water, nuttig gebruik 5 te maken van het van nature in natuurlijke-vezelmaterialen beschikbare water waarvan het gehalte tenminste 4% bedraagt teneinde een polyurethanharsmateriaal te verkrijgen dat een schuimeffekt vertoont als gevolg van het bij de reactie van de isocyanaatcomponent met het water 10 vrijkomende koolzuurgas. Gebleken is nu dat het met de werkwijze volgens de uitvinding verkregen produkt een zekere poreusheid bezit. Deze poreusheid is door variatie van de isocyanaat-hoeveelheid in het mengsel tot op zekere hoogte te sturen. De bij de werkwijze 15 volgens de uitvinding veroorzaakte poreusheid heeft mede een produkt met voor de toepassing ervan aantrekkelijke eigenschappen tot gevolg, te weten een goede schokabsorptie en een laag soortelijk gewicht van 700-850 kg/m3.

De uitvinding heeft, door toedoen van voornoemd 20 schuimeffect, betrekking op de volgende vezelmaterialen, welke alle een zeker vochtgehalte bevatten: Jute, vlas, hennep, kokos, ampas, ramee en katoen alsmede de combinaties hiervan met polypropeen, polyetheen- en glasvezels mits het minimum vochtgehalte gewaarborgd blijft. Als gebruiksvorm 25 van het natuurlijke vezelmateriaal gaat de voorkeur uit naar jutenaaldvilt. Dit materiaal is goedkoop en als standaard materiaal leverbaar, terwijl door de aard van het viltproces (vliesvorming gevolgd door vernaalding) er een zeker verband tussen de vezels ontstaat zonder 30 aanwezigheid van storende bindmiddelen. Afhankelijk van de toepassing van het vezelversterkte materiaal kunnen voor dat doel geschikte vezels of combinaties hiervan gekozen worden.

.8800189 f -6- \

Een voordeel van een polyurethan is, dat door de aard van de chemische reactie, de componenten volledig reageren. Bovendien zijn er geen oplosmiddelen aanwezig, en kunnen geen schadelijke stoffen of geuren worden 5 afgegeven. Weliswaar is de isocyanaat component op zichzelf agressief ten opzichte van ogen, huid en ademhalingsorganen, maar door de lage damspanning zal de MAC-waarde van 0,02 ppm niet snel worden overschreden. De polyol component bestaat uit niet-vluchtige verbindingen die bij normale 10 behandeling niet gevaarlijk zijn.

Het met natuurlijke-vezelmateriaal versterkte polyurethan materiaal volgens de uitvinding bezit een goede slagvastheid hetgeen onder andere wordt veroorzaakt door het taaie karakter van het polyurethan en de goede 15 hechting vezel-polyurethan.

Door de vele mogelijkheden van de polyurethanchemie zijn de eigenschappen van het materiaal binnen redelijke grenzen, bij gebruikmaking van dezelfde grondstoffen, instelbaar.

20 De procesvoering bij de werkwijze volgens de uitvinding is eenvoudig en omvat de volgende stappen: a. De voorbereidende werkzaamheden, b. Het bevochtigen c.g. impregneren van de vezels, c. Het vormen c.g. persen, en eventueel, 25 d. De nabewerking.

Tot de voorbereidende werkzaamheden behoort de stap dat alvorens kan worden geïmpregneerd het samenhangende natuurlijke-vezelmateriaal, bijvoorbeeld jutenaaldvilt, op ruwe omtreksvormen wordt gestanst of gesneden. Aldus 30 heeft men nagenoeg alleen jute-afval omdat op overmaat jute geen hars wordt aangebracht en harsafvallen beperkt blijven. Voor bepaalde toepassingen (bijvoorbeeld vlakke plaatmaterialen) kan voornoemde behandeling achterwege blijven.

.8800153 -7- “r

De hars wordt aangemaakt volgens de gewenste receptuur. Toevoeging van 0,1 tot 3% katalysator en 0,1 tot 3% surfactant aan de polyol-component vindt plaats onder rustig roeren opdat luchtinslag en daarmee vocht zo 5 snel mogelijk wordt vermeden.

Voor het impregneren van de beschikbaar gestelde jutevezelmat wordt het mengsel dat de polyether-polyol component respectievelijk de isocyanaat component bevat met een hoge-druk twee-componenten machine via "airless- 10 spray", aangebracht op de jute-viltmat.

Afhankelijk van de produkteisen kan het harspercentage variëren van 35 tot 70%. Door middel van een robot c.q. manipulatorsysteem kan de impregnering nauwkeurig worden uitgevoerd.

15 Door instelling van de procesparameters kunnen de mechanische eigenschappen binnen bepaalde grenzen beïnvloed worden.

De temperatuur van de hars wordt bijvoorbeeld via een warmtewisselaar ingesteld. Deze temperatuur bedraagt 20 volgens de uitvinding 20-50°C. Deze werktemperatuur alsmede de hoeveelheid katalysator bepalen de tijdsduur tussen impregneren en persen.

Na het impregneren van de viltmat wordt deze overgebracht naar een matrijs die in een pers geplaatst is.

25 De matrijs is vooraf behandeld met een lossingsmiddel om "kleven" van het produkt te voorkomen en zo de ontvorm-tijd te bekorten.

Zodra de mat in de matrijs ligt, wordt deze gesloten en kan de uithardingsreaktie volledig dóórzetten.

30 Volgens de uitvinding wordt tijdens het vormen een temperatuur van 20-75®C aangehouden.

De persdruk kan, in tegenstelling tot bijvoorbeeld “moulding-compund" van polyester- en fenolharsen, laag .8800159 -8- 4 worden gehouden. Afhankelijk van het gewenste materiaal bedraagt de persdruk volgens de uitvinding 3/5-20 kg/cm3.

De persduur is afhankelijk van de begintemperatuur van de componenten/ de katalysatorconcentratie, de matrijs-5 temperatuur en de dikte van het produkt.

Nadat de uitharding voltooid is, kan het produkt worden gelost en is gereed voor eventuele nabewerking.

De nabewerking kan het lakken of het met een kunststof folie bekleden van het produkt omvatten.

10 Door de poreusheid heeft het produkt een bepaalde luchtdoorlaatbaarheid. Hierdoor is het mogelijk om/ met behulp van vacuüm-apparatuur, het produkt te bekleden met een kunststoffolie of een ander luchtdicht bekledings-materiaal.

15 Volgens een nadere uitwerking van de werkwijze volgens de uitvinding kan men aldus te werk gaan, dat twee van de geïmpregneerde vezelmatten met daartussen een kernlaag tot een gelaagd samenstel worden gevoegd waarna het samenstel in de matrijs wordt gehard. Bij 20 deze uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding kan het gewenst zijn om vooraf zowel de vezelmatten als de kernlaag, die vervaardigd kan zijn uit een van de hiervoor vermelde structuurtypen en/of materialen, op de gewenste maat te snijden.

25 In vergelijking met de werkwijze volgens de uitvinding worden bekende sandwichpanelen in het algemeen aldus vervaardigd dat kant en klare buitenplaten eenzijdig worden voorzien van een lijmlaag waarna de kernlaag tussen en met deze buitenplaten wordt verlijmd. Hoewel 30 dit bekende proces zowel continu als discontinu kan verlopen, is het duidelijk dat men altijd eerst de buitenplaten moet fabriceren alvorens over te kunnen gaan tot het verlijmen van deze platen met de kernlaag.

. 880 0159 ϊ -9-

Ten opzichte van de bekende werkwijze vindt de vervaardiging van een sandwichpaneel bij de werkwijze volgens de uitvinding op geïntegreerde wijze plaats hetgeen wil zeggen dat de buitenplaten gelijktijdig 5 met het ontstaan van de sandwichpaneel worden gevormd.

Een voordeel van de werkwijze volgens de uitvinding ten opzichte van de bekende werkwijze is derhalve de besparing van een arbeidsgang terwijl een verder voordeel is dat geen verlijmingsmateriaal behoeft te worden toege-10 past omdat gebruik wordt gemaakt van de uitstekende hechtingseigenschappen van polyurethan met een veelheid van materialen.

Bovendien wordt bij de bekende vervaardiging van een sandwichpaneel met een honingraatstructuur als kernlaag 15 de lijm doorgaans aangebracht op de buitenplaten. Het effectieve lijmoppervlak respectievelijk hechtingsoppervlak wordt dus bepaald door het materiaaloppervlak van de dwarsdoorsnede van de honingraat. Door nu volgens de uitvinding de geïmpregneerde vezelmat met de honingraat 20 samen te voegen en vervolgens dit pakket bij de bij de werkwijze volgens de uitvinding toe te passen persdruk en temperatuur uit te laten harden, ontstaat een sandwichpaneel met een uitstekende hechting tussen buitenplaten en kernlaag. Deze goede hechting wordt veroorzaakt door 25 het schuimeffect van de polyurethan waardoor het polyurethan niet slechts hecht aan het materiaaloppervlak van de dwarsdoorsnede doch ook aan binnen- en buitenzijde van de opstaande randen van de raatstructuur.

De werkwijze volgens de uitvinding kan eveneens 30 zowel continu als discontinu worden uitgevoerd waarbij in het geval van een continue uitvoering de matrijsplaten technisch worden aangepast, bijvoorbeeld worden uitgevoerd als eindloze banden uit staal. Het principe van de .8800159 •τ.

-10- impregneringstechniek blijft in hoofdzaak gelijk, zij het dat bij de continue uitvoering het samenhangende natuurlijke-vezelmateriaal, bijvoorbeeld jute, vanaf een rol daarvan wordt verwerkt.

5 Een geschikt tot polyurethan thermohardbaar mengsel kan bij de werkwijze volgens de uitvinding naast de polyolcomponent en de isocyanaat component nog omvatten 0,1 - 3 gew.% katalysator van het type DBTL (dibutyltin-laureaat), Fox-o-cat (handelsnaam, gegeven door Resina 10 chemie te Foxhol) of Dabco, en 0,1 - 3 gew.% van een oppervlakactief middel.

Bij de bereiding van polyurethanharsen gaat men in de techniek hoofdzakelijk uit van grondstoffen met di- of poly-functionele hydroxyl-groepen, bijvoorbeeld 15 polyesters of polyethers met eindstandige hydroxylgroepen die kunnen reageren met di- of poly-functionele isocyanaten. In het kader van de werkwijze volgens de uitvinding wordt gebruik gemaakt van polyether-polyolen. De functionaliteit, dat wil zeggen het aantal reactieve hydroxylgroepen, 20 is in dit geval 3 of meer om uiteindelijk een driedimensionaal vertakt, thermogehard, polyurethanmateriaal te verkrijgen dat goede mechanische eigenschappen zoals slagvastheid en buigsterkte bezit. Voorbeelden van dergelijke polyolen zijn van het type, dat in de handel 25 verkrijgbaar is onder de namen Resicast, Desmophen,

Fox-o-pol, Elastophen, Rütapur.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding wordt als de isocyanaat component bij voorkeur een een aromatisch isocyanaat toegepast, bijvoorbeeld TDI en MDI (tolueen-30 diisocyanaat (2,6) respectievelijk methyleen-difenyldiiso-cyanaat (4,4)). Isocyanaten van een dergelijk type zijn in de handel verkrijgbaar onder de namen Urestyl, Desmodur, Elastan, Baymidur.

.8800159

Claims

1. Gevormd produkt, omvattende een met samenhangend natuurlijke-vezelmateriaal versterkt thermogehard kunststof-plaatmateriaal, m e t het kenmerk, dat het kunststofplaatmateriaal een samenstel is van met bind- 5 middelvrij natuurlijke-vezelmateriaal versterkt polyurethan-harsmateriaal.

2. Produkt volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat het bindmiddelvrij natuurlijke-vezelmateriaal jute, vlas, hennep, kokos, ampas, ramee of katoen 10 is.

3. Produkt volgens conclusie 2,met het kenmerk, dat het natuurlijke-vezelmateriaal gecombineerd is met polypropeen-, polyetheen- en/of glasvezels.

4. Produkt volgens conclusie 2, m e t het 15 kenmerk, dat het natuurlijke-vezelmateriaal jute is.

5. Produkt volgens conclusie 4,met het kenmerk, dat het bindmiddelvrije jutevezelmateriaal jutenaaldvilt is.

6. Produkt volgens conclusie 1,gekenmerkt door een soortelijk gewicht van 700-850 kg/m3.

7. Produkt volgens conclusies 1-6, m e t het kenmerk, dat het produkt een sandwichpaneel is, omvattende een kernlaag dat ter weerszijden hecht verbonden 25 is met het kunststofplaatmateriaal.

8. Werkwijze ter vervaardiging van een gevormd produkt, omvattende een met een samenhangend natuurlijke-vezelmateriaal versterkt thermogehard kunststofplaatmateriaal waarbij een vezelmat wordt geïmpregneerd met een tot 30 de kunststof thermohardbaar reactiemengsel; de geïmpregneerde vezelmat wordt overgebracht naar een matrijs en daarin .8800159 $ \ -12- wordt gehandhaafd bij verhoogde temperatuur en druk waarna het verkregen gevormde produkt uit de matrijs wordt verwijderd, met het kenmerk, dat een bindmiddelvrije vezelmat uit natuurlijke-vezelmateriaal 5 met een watergehalte van ten minste 4% wordt geïmpregneerd met een tot een polyurethanmateriaal thermohardbaar mengsel, omvattende een polyetherpolyol component en een isocyanaat component zoals op zichzelf bekend, waarbij de temperatuur van het mengsel wordt gehandhaafd op 10 20-50°C en waarbij de geïmpregneerde vezelmat in de gesloten matrijs wordt gehard bij een persdruk van 3,5-20 kg/cm2 en een temperatuur van 20-75°C.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, m e t het kenmerk, dat het watergehalte van het natuurlijke- 15 vezelmateriaal 4-20% bedraagt.

10. Werkwijze volgens conclusie 8, m e t het kenmerk, dat als het natuurlijke-vezelmateriaal jute, vlas, hennep, kokos, ampas, ramee of katoen wordt toegepast.

11. Werkwijze volgens conclusie 10,met het kenmerk, dat het natuurlijke-vezelmateriaal wordt gecombineerd met polypropeen-, polyetheen- en/of glasvezels.

12. Werkwijze volgens conclusie 10,met het k e n m e r k, dat jute wordt toegepast.

13. Werkwijze volgens conclusie 12,met het kenmerk, dat jute in de vorm van een jutenaaldvilt wordt toegepast.

14. Werkwijze volgens conclusie 8, m e t het kenmerk, dat het harspercentage van de geïmpregneerde 30 vezelmat 35-70 gew% bedraagt.

15. Werkwijze volgens conclusie 8, m e t het kenmerk, dat twee van de geïmpregneerde vezelmatten met daartussen een kernlaag tot een gelaagd samenstel .8800159 4 r -13- worden samengevoegd waarna het samenstel in de matrijs wordt gehard. ,8800159