WO1998004413A2

WO1998004413A2 - Verstärkungsmaterial, verfahren zu seiner herstellung und verwendung davon

Info

Publication number: WO1998004413A2
Application number: PCT/EP1997/004039
Authority: WO
Inventors: Georg Adolphs; Núria MOR
Original assignee: Emfisint Automotive, S.A.
Priority date: 1996-07-26
Filing date: 1997-07-24
Publication date: 1998-02-05
Also published as: EP0914251A2; JP2000515823A; WO1998004413A3; DE19630408A1

Abstract

Es wird ein Verstärkungsmaterial bereitgestellt, welches einen Träger auf Kartonbasis und einen Polyharnstoff umfaßt. Der Träger auf Kartonbasis ist dabei von dem Polyharnstoff über im wesentlichen seinen gesamten Querschnitt durchdrungen. Das Verstärkungsmaterial (13) eignet sich hervorragend zur Verklebung (12) mit Formteilen (11) aus Blechen, Textilien (15) oder Kunststoffen sowie Verbundwerkstoffen dieser Materialien. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung des Verstärkungsmaterials angegeben.

Description

"Verstärkungsmaterial, Verfahren zu seiner Herstellung und Verwendung davon"

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verstärkungsmaterial, umfassend einen Träger auf Kartonbasis und einen Polyhamstoff. Genauer betrifft die Erfindung ein Verstärkungsmaterial, bei dem der Träger auf Kartonbasis von dem Polyharn- stoff durchdrungen ist und das u.a. als Verstärkung von Formteileπ aus Blech,

Textilien oder Kunststoffen, wie beispielsweise einem Dach eines Kraftfahrzeugs verwendet werden kann. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Verstärkungsmaterials.

Verstärkungsmaterialien, die aus einem Träger und zusätzlichen, die mechanische Festigkeit des Trägers verbessernden Substanzen bestehen, sind bekannt, und werden für unterschiedlichste Zwecke verwendet. Beispielsweise sind Kunstharz-beschichtetes Papier und Kartons bekannt, wobei die unterschiedlichsten Kunstharze Anwendung finden, wie z.B. Polyurethane, Phenolharze und dergleichen . Papier bzw. Karton als Trägermateπal besitzt große Vorteile wegen seines relativ günstigen Preises und weil es als nachwachsender Rohstoff praktisch unbegrenzt zur Verfügung steht. Jedoch weisen derartige oberflächenbeschichtete Materialien auf Papier- oder Kartonbasis u.a. den Nachteil auf, daß sie nicht beständig sind gegen Feuchtigkeit und Nässe. Um den Materialien neben der Festigkeit und mechanischen Stabilität auch Beständigkeit gegen

Feuchtigkeit zu Verleihen, werden die Papier- bzw. Kartonträger üblicherweise mit einem Kunstharz imprägniert, wobei jedoch viele Kunstharze, wie z.B. Polyurethane, nicht verwendbar sind, da sie ohne Einsatz eines Lösungsmittels aufgrund ihrer relativ hohen Viskosität nicht in das Papier oder den Karton ein- dringen können. Wird andererseits das Papier oder der Karton mit einer Lösung eines Polyurethans in einem organischen Lösungsmittel imprägniert, ist es schwierig, wenn nicht unmöglich, das Lösungsmittel vor dem bestimmungsgemäßen Gebrauch des verstärkten Papiers oder Kartons rückstandsfrei zu entfernen. Dadurch treten, insbesondere bei Anwendung des verstärkten Papiers oder Kartons in geschlossenen bzw. unzureichend gelüfteten Räumen, gesundheitliche Probleme auf. Aus den selben Gründen sind auch Träger auf Papieroder Kartonbasis, die mit Phenol-Formaldehyd-Harzen imprägniert sind, wegen der Gesundheitsschädlichkeit des Formaldehyds bei Anwendung im Innenbereich ungeeignet.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verstärkungsmaterial mit einem Träger auf Kartonbasis bereitzustellen, das die Vorteile der bekannten Materialien der gattungsgemäßen Art beibehält, jedoch deren Nachteile nicht mehr aufweist. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verstärkungsmaterial der genannten Art bereitzustellen, das kostengünstig ist in der Herstellung, selbst eine hohe mechanische Festigkeit besitzt, einem mit ihm verstärkten Material, wie z.B. einem Blech oder Blechformteil, ebenfalls eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit verleiht, gegen Feuchtigkeit und Nässe beständig ist, gesundheitlich unbedenklich ist und ausgezeichnet mit den zu verstärkenden Materialien, z.B. durch Verklebung, verbunden werden kann.

Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Verstärkungsmaterials anzugeben sowie Formteile, die mit dem

Verstärkungsmaterial verstärkt sind, zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgaben werden mit den in den Ansprüchen gekennzeichneten Gegenständen gelöst.

Dabei beruht die Erfindung im wesentlichen auf der Erkenntnis, daß ein Verstärkungsmaterial mit einem Träger auf Papier- bzw. Kartonbasis, welches die gewünschten Eigenschaften aufweist, dadurch hergestellt werden kann, daß ein Träger auf Papier- oder Kartonbasis mit einem Diisocyanat imprägniert wird, welches durch in dem Träger vorhandene oder ggf. dem Träger zugefügte

Feuchtigkeit in einer Polykondensationsreaktion vollständig zu einem Polyhamstoff polymerisiert, der das Trägermaterial im wesentlichen (vollständig) durch- dringt bzw. durchsetzt und dem Träger damit ausgezeichnete Festigkeitseigenschaften bei gleichzeitiger Beständigkeit gegen Feuchtigkeit verleiht. Dabei ist bei seiner Herstellung kein organisches Lösungsmittel nötig und das Verstärkungsmaterial enthält auch sonst keinerlei die Gesundheit beeinträchtigen Sub- stanzen und eignet sich damit in hervorragender Weise zum Einsatz in geschlossenen Räumen. Das erfindunsgemaße Verstärkungsmaterial ist aufgrund seiner hervorragenden Verklebbarkeit zur Verstärkung von Formteilen aus Blech, Textilien oder Kunststoffen oder Verbundwerkstoffen aus diesen Materialien geeignet und kann insbesondere als innenseitige Verstärkung im Dachbereich von Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftfahrzeugen verwendet werden.

Damit wird u.a. das Problem gelöst, daß zwar der Dachbereich von Kraftfahrzeugen verstärkt werden muß, daß aber die üblicherweise dazu verwendeten Metallrippen nicht mit dem Dachblech verschweißt werden können, da die Schweißpunkte auf der Außenseite des Daches sichtbar wären. Daher werden die Ver- Stärkungsrippen üblicherweise mit dem Dachblech verklebt, wodurch jedoch nur eine Verstärkung bis zu einem gewissen Grad erreicht werden kann, da die Anzahl der Verstärkungsrippen aus Kosten- und Gewichtsgründen auf eine relativ geri nge Anza h l besch rä n kt sind . M it d em e rfi nd u n g s g emä ßen Verstärkungsmaterial ist es möglich, bei Formgleichheit des Verstärkungsmaterials und des zu verstärkenden Materials, z.B. des Kraftfahrzeugdaches, diese ganzflächig miteinander zu verkleben, wodurch eine wesentliche Verbesserung der Formstabilität des Kraftfahrzeugdaches erreicht werden kann.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die schematischen Figuren und bei- spielshafte Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt eines Verstärkungsmaterials mit zwei gewellten

Lagen (Wellschichten) gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Konzentrationsprofil des Polyharnstoffs über den Querschnitt des erfindungsgemäßen Verstärkungsmaterials gemäß Fig. 1 ;

Fig. 3 einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Verstärkungsmaterials mit drei gewellten Lagen; Fig. 4 ein Konzentrationsprofil des Polyharnstoffs über den Querschnitt des erfindungsgemäßen Verstärkungsmaterials gemäß Fig. 3;

Fig. 5 einen Querschnitt eines mit einem erfindungsgemäßen Verstärkungsmaterial verstärkten Formteils, beispielsweise einem Blech aus dem Bereich eines Kraftfahrzeugdaches; und

Fig. 6 einen Querschnitt eines mit einem erfindungsgemäßen Verstärkungsmaterial verstärkten Dekormaterials.

Als Träger für das erfindungsgemäße Verstärkungsmaterial kann jegliches z.B. in DIN 6730 definierte Papier verwendet werden, vorzugsweise ein Karton oder eine Pappe mit einem Quadratmetergewicht von 1 50 g oder mehr. Im folgenden wird das Material für den Träger der Einfachheit halber auch als Karton bezeichnet. Es ist erfindungswesentlich, daß das Trägermaterial mit dem Diisocyanat imprägnierbar ist.

Vorzugsweise ist der Träger auf Kartonbasis mehrlagig ausgebildet. Dabei kann eine Lage aus gewelltem Karton, eine sog. Wellschicht aus z.B. Schrenzpapier, entweder ein- oder beidseitig mit einem ebenen Karton, einem sogenannten Deckkarton (z.B. Test- oder Kraftliner), wie bei der bekannten Wellpappe, beklebt sein. Anstelle der Wellschicht(en) des Kartons kann auch eine oder mehrere

Lagen einer wabenförmig strukturierten Zwischenschicht verwendet werden, die auf einer oder auf beiden offenen Seiten der Wabenstruktur mit einem Deckkarton beklebt sein kann. In einer mehr bevorzugten Ausführungsform ist der Träger so aufgebaut, daß mindestens zwei gewellte oder wabenförmige Lagen vorhan- den sind, wobei diese Lagen mittels einer Decklage (z.B. Zwischenlage oder

Schrenzpapier) verbunden sind und die Außenseiten der gewellten bzw. waben- förmigen Lagen jeweils mit weiteren Deckkartons beklebt sind. Ein solches Trägermaterial kann sowohl nur aus gewellten bzw. wabenförmigen Lagen aufgebaut sein, als auch beide Arten von Lagen aufweisen. Ferner können mehr als zwei gewellte bzw. wabenförmige Lagen mit entsprechender Anzahl von

Zwischenlagen und den beiden außen liegenden Deckkartons vorhanden sein. Die Abstände der Zwischen- bzw. Deckkartons zueinander können konstant oder verschieden sein. Die gewellten bzw. wabenförmigen Lagen dienen als Abstandshalter zwischen den ebenen Zwischen- bzw. Decklagen (Deckkartons), wodurch einerseits eine gewichtssparende Konstruktion erreicht wird, und andererseits eine an sich, d.h. ohne Harzimprägnierung, relativ feste Sandwich- Struktur gebildet wird.

Ein erfindungsgemäßes Verstärkungsmaterial mit zwei gewellten Lagen (Wellschichten) ist in Fig. 1 dargestellt, wobei die Bezugszeichen 1 eine obere Lage (z.B. Test- oder Kraftliner), 2 eine erste gewellte Lage (z. B. Well- oder Schrenz- papier), 3 eine Zwischenlage (z.B. Schrenzpapier) , 4 eine zweite gewellte Lage

(z.B. Well- oder Schrenzpapier) und 5 eine untere Decklage (z.B. Test- oder Kraftliner) bedeuten. In dem in Fig . 1 dargestellten Verstärkungsmaterial weisen die gewellten Lagen 2 und 4 eine unterschiedliche Dicke auf. Die erfindungsgemäßen Verstärkungsmaterialien besitzen eine Gesamtdicke von etwa 4 mm bis etwa 30 mm, vorzugsweise etwa 6 mm bis etwa 1 2 mm. Als Deck- bzw. Zwischenlagen werden Kartons von etwa 40 g/m² bis etwa 500 g/m² verwendet, und die gewellten bzw. wabenförmigen Lagen haben eine Dicke von üblicherweise etwa 8 mm bis etwa 28 mm, vorzugsweise 8 mm bis 14 mm. Dabei können die Abstände der Zwischen- bzw. Decklagen zueinander konstant oder verschieden sein.

Die Festigkeit dieser Sandwich-Struktur und vor allem die Feuchtigkeitsbeständigkeit wird durch die Harzimprägnierung noch bedeutend verbessert. Die Imprägnierung des Kartons wird so durchgeführt, daß der Karton über im we- sentlichen seinen gesamten Querschnitt mit dem Diisocyanat durchdrungen wird.

Damit ist gewährleistet, daß durch den aus dem Diisocyanat gebildeten Polyhamstoff der Karton gegen Eindringen von Feuchtigkeit beständig ist.

Vorzugsweise erfolgt die Imprägnierung in der Weise, daß in den äußeren Deck- lagen ein erhöhter Harzgehalt erreicht wird, d .h. daß sich ein integrales Konzentrationsprofil des Polyharnstoffs über den Querschnitt des Trägers ergibt, mit abnehmender Konzentration von den äußeren Deckflächen des Trägers zu seiner Mitte hin . Ein solches integrales Konzentrationsprofil ist in Fig. 2 veranschaulicht.

i In dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel beträgt die Gesamtdicke des Verstärkungs- materials etwa 1 2 mm und der Harzmassenanteil im Karton ist in Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht aus Karton und Polyhamstoff, angegeben.

In Fig. 3 ist ein erfindungsgemäßes Verstarkungsmittel mit drei Wellschichten dargestellt. Dabei bedeuten die Bezugszeichen 1 und 5 jeweils Deckschichten (Test- oder Kraftliner), 2 und 4 jeweils Wellschichten (aus z. B. Schrenzpapier) und 3 Zwischenlagen (z.B. aus Schrenzpapier). Bei einem derart aufgebauten Verstärkungsmaterial kann sich ein wie in Fig. 4 gezeigtes Konzentrationsprofil des imprägnierten Harzes ergeben.

Der Harzmassenanteil in den erfindungsgemäßen Verstärkungsmaterialien liegt im Bereich von etwa 4 Gew.-% bis etwa 30 Gew.-%, vorzugsweise etwa 5 Gew.-% bis etwa 1 5 Gew.-%.

Bei einem Harzmassenanteil von weniger als etwa 4 Gew.-% wird keine aus- reichende Festigkeitsverbesserung und Feuchtigkeitsbeständigkeit erreicht, und oberhalb von etwa 30 Gew.-% läßt sich keine Verbesserung der Festigkeit und der Feuchtigkeitsbeständigkeit mehr erreichen, es treten jedoch unnötige Materialkosten auf und das Verstärkungsmaterial wird insgesamt zu schwer.

Mit der integralen Harzverteilung wird eine hohe Festigkeit der Rand- bzw.

Oberflächenschichten des Sandwich-artigen Verstärkungsmaterials erreicht, d.h. eine ausgezeichnete Festigkeit im Falle einer punktuellen Druckbelastung, und eine daraus resultierende hohe Belastbarkeit in den Zug- und Druckspannungszonen in den Randschichten im Falle der Belastung durch Biegung. Damit besitzt das Verstärkungsmaterial eine extrem gute Beulfestigkeit und wegen des hohen

Harzanteils in den Oberflächenschichten ist das erfindunsgemaße Verstärkungsmaterial außerdem hervorragend mit anderen Materialien, z.B. einem Karosserie- blech, verklebbar.

Durch die integrale Verteilung des Harzes, d.h. aufgrund des geringen Harzanteils im Inneren des Verstärkungsmaterials, ergibt sich eine beachtliche Gewichts- und Materialersparnis bei trotzdem ausgezeichneter Klima- und Naßfestigkeit.

Das erfindunsgemaße Verstärkungsmaterial zeichnet sich außerdem durch eine hervorragende Formstabilität in einem weiten Temperaturbereich aus. Ein mit einem Karosserieblech verklebtes erfindungsgemäßes Verstärkungsmaterial zeigt bei Temperaturwechseln eine nur sehr geringe thermische Dilatation im Gegeπ- satz von neueren Entwicklungen von Verstärkungsmaterialien auf Thermoplastbasis, die aufgrund der thermischen Dilatation zu einer Verformung des Verbundwerkstoffs neigen und überdies bei Temperaturen von etwa oberhalb 100°C erweichen.

Ferner besitzt das erfindungsgemäße Verstärkungsmaterial akustische Dämpfungseigenschaften und wirkt als zusätzliche Polsterung im Falle eines Aufpralls, was im Hinblick auf den Unfallschutz der Insassen eines Kraftfahrzeugs bei der Anwendung als Verstärkung im Dachbereich von Bedeutung ist.

Auch die Fogging-Neigung des Verstärkungsmaterials ist verbessert und es ist aufgrund des gewählten Kunststoffs Polyhamstoff praktisch geruchsneutral, physiologisch unbedenklich und bis etwa 180°C hitzebeständig.

In Fig. 5 ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verstärkungsmaterials als Verstärkung eines Blechs oder anderen Teils eines Kraftfahrzeugs, z.B. eines

Dachkarosserieblechs, veranschaulicht. Dabei bedeuten die Bezugszeichen: 10 einen Querschnitt der gesamten Konstruktion, 1 1 das zu verstärkende Material (z.B. ein Karosserieblech), 1 2 eine Kleberschicht, 13 das erfindungsgemäße Verstärkungsmaterial, 14 eine ggf. eingebrachte Schaumschicht aus z.B. Polyuret- han oder einen Luftraum zwischen dem Dachhimmel (Headliner) und dem Verstärkungsmaterial und 1 5 eine Dekorschicht oder einen Dachhimmel (Headliner). Eine solche Konstruktion kann beispielsweise ein Kraftfahrzeugdach mit Innenverkleidung (Wagenhimmel) sein.

Wenn das erfindungsgemäße Verstärkungsmaterial als Verstärkung eines Form- teils, z.B. eines Dachkarosserieblechs, verwendet wird, wird bei der Herstellung seine Form dem Blech angepaßt, um eine ganzflächige Verklebung und damit eine optimale Verstärkung zu erreichen. Bei anderen Einsatzzwecken kann das Verstärkungsmaterial aber auch eine flache Gestalt behalten.

In Fig. 6 ist eine universelle Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verstärkungsmaterials veranschaulicht. Dabei bedeuten die Bezugszeichen 21 ein Dekormaterial, z.B. ein textiles Dekormaterial, 22 eine gegebenenfalls vorhandene Kleberschicht und 23 ein erfindungsgemäßes Verstärkungsmaterial. Das Bezugszeichen 24 (strichpunktierte Linie) soll andeuten, daß die Konstruktion symmetrisch aufgebaut sein kann (d.h. mit weiteren Schichten 22 und 21 auf der anderen Seite des Verstärkungsmaterials 23) oder daß die in Fig. 6 gezeigten Schichten mit anderen Materialien verbunden sein können. Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Verstärkungsmaterial im Kraftfahrzeug in den Bereichen Türinnenverkleidungen, Kofferraumbodenbelag, Hutablage usw. als Verstärkung verwendet werden.

Wie bereits vorstehend erwähnt, wird der Polyhamstoff in dem Trägermaterial durch Umsetzung des zuvor durch Imprägnierung eingebrachten Diisocyanats mit Wasser gebildet. Diese Polymerisations- bzw. Polykondensationsreaktion verläuft unter Abspaltung von Kohlendioxid über intermediär entstehende Diamine, die mit überschüssigem Diisocyanat schnell zu Polyhamstoff abreagieren. Daher soll der Feuchtigkeitsgehalt in dem zu imprägnierenden Karton mindestens 3 Gew.-% betragen und vorzugsweise geringfügig oberhalb des stöchiometrischen Reaktionsgleichgewichts des eingesetzten Diisocyanats liegen und ist durch Trock- nung bzw. Zugabe von Wasser entsprechend einzustellen. Der imprägnierte

Karton kann auch noch gezielt mit Wasser oder eventuell mit verdünnter Säure zur Beschleunigung der Reaktion vor dem Formprozeß (z.B. Tiefziehen) besprüht werden.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verstärkungsmaterialien kann jegliches Diisocyanat verwendet werden, sofern es in monomerer oder oligomerer Form ohne Lösungsmittelzusatz und ohne Anwendung zu hoher Temperatur, bei der eine vorzeitige Reaktion eintreten würde, in eine Viskosität gebracht werden kann, die es ermöglicht, den Karton zu imprägnieren.

Es hat sich gezeigt, daß die Viskosität beim Imprägnieren des Kartons nicht höher sein sollte als etwa 250 mPa-s, vorzugsweise nicht höher als etwa 1 50 mPa-s, gemessen nach DIN 5301 8, bei einer Temperatur von 25 °C.

Beispielsweise können aliphatische, ahcyk sche und aromatische Diisocyanate verwendet werden. Bevorzugt sind dabei 4,4'-Methyleπdι(phenylisocyanat), im folgenden kurz 4,4'-MDI genannt, sowie dessen Isomere 2,4'-MDI und 2,2'-MDI .

Diese können sowohl einzeln als auch in einem beliebigen Gemisch davon eingesetzt werden. Ferner kann auch ein Oligomer eines der genannten Diisocyanate allein oder im Gemisch mit anderen Monomeren bzw O gomeren der isomeren Verbindungen verwendet werden. Übliches, d .h im Handel erhältliches MDI- Monomer bzw. -Polymer besteht aus einer Mischung der verschiedenen Isomeren, z.B. 2,2'-MDI (weniger als 1 %), 2,4'-MDI (zwischen 2 % und 5 %), der Rest ist 4,4'-MDI. Polymeres bzw. oligomeres MDI besteht üblicherweise aus etwa 40 % Dnsocyanaten, etwa 20 - 25 % Trnsocyanaten, der Rest besteht aus Polymerketten mit mehr als drei Isocyanatbausteinen Wichtig ist die Menge der Isocyanatgruppen der Gesamtkette, bei MDI der Isocyanatgruppen an Benzolringen der Gesamtkette, die sogenannte Funktionalität, die in der Regel 2,0 bis etwa 3, 1 beträgt. Solche MDI-Polymere bzw. -Oligomere mit einer Funktionalität von etwa 2,7 werden in der englischsprachigen Literatur auch als "low viscosity polymeric MDI" bezeichnet. Gemäß ASTM D 51 55-91 A spricht man auch von "low viscosity polymeric MDI" bei einem Anteil von 31 , 3 Gew.- % NCO-Gruppen des MDI-Polymeren bzw. -Ohgomeren. Das erfindungsgemäße Verstärkungsmaterial kann je nach Einsatzzweck noch mit weiteren Schichten versehen werden. Es ist z.B. bei der Verstärkung eines Dachkarosserieblechs eines Kraftfahrzeugs üblich, zwischen dem Blech und dem Verstärkungsmaterial eine Feuchtigkeitssperrschicht anzuordnen, welche z.B. aus einer Polyurethan-, Polypropylen- oder Polyethylenfolie bestehen kann.

Durch die Harzimprägnierung der erfindungsgemäßen Verstärkungsmaterialien kann jedoch die Feuchtigkeitssperrschicht auch entfallen.

Ferner können weitere Schichten zwischen die Feuchtigkeitssperrschicht und das Verstärkungsmaterial und/oder auf die gegenüberliegende Oberfläche des Verstärkungsmaterials eingebracht werden, wie Schaumschichten zur Schallabsorption und Polsterung. Als innenseitigen Abschluß kann eine Dekorschicht aus unterschiedlichen, an sich bekannten Flächengebilden, wie beispielsweise einem bedruckten Vlies oder einem textilen Gewebe oder Gewirke aufgebracht werden. Es kann jedoch auch ein sog. Headliner (Wagenhimmel) als freitragende Konstruktion über Klipse o.a. mit dem Verstärkungsmaterial verbunden werden, wobei zwischen dem Headliner und dem Verstärkungsmaterial dann eine Luftschicht (der sog. Head-Space) liegt. Die Dekorschicht kann in diesem Fall auf dem Headliner angebracht sein.

Die einzelnen Schichten der vorgenannten Konstruktion sind sowohl untereinander als auch mit dem Karosserieblech vorzugsweise durch Verkleben verbunden. Als Kleber können alle in diesem Fachgebiet bekannten Klebstoffe verwendet werden, vorzugsweise Heißschmelzkleber auf Polyamidbasis.

Die erfindungsgemäßen Verstärkungsmaterialien können auf folgende Weise hergestellt werden:

Zunächst wird ein wie vorstehend beschriebener ein- oder mehrlagiger Träger auf Kartonbasis auf die gewünschte Form und Größe geschnitten. Danach wird der Träger mit dem Diisocyanat bzw. dem Gemisch aus Diisocyanaten imprägniert.

Die Imprägnierung erfolgt durch Besprühen, Bedrucken oder Übergießen des Trägers mit dem Diisocyanat. Vorzugsweise erfolgt die Imprägnierung von beiden Seiten des Trägers, um eine gleichmäßige Harzverteilung im Trägermaterial zu bewirken. Die Parameter, wie Temperatur und Viskosität des Diisocyanats, Druck und Menge des Diisocyanats beim Aufbringen auf den Träger, Feuchtigkeitsgehalt des Trägerkartons und dergleichen werden in Abhängigkeit der verwendeten Materialien so eingestellt, daß möglichst ein, wie in Fig. 2 oder Fig. 3 beispielhaft gezeigtes, integrales Konzentrationsprofil des Harzes über den gesamten Querschnitt des Trägers erreicht wird, wobei darauf zu achten ist, daß der Trägerkarton über im wesentlichen den gesamten Querschnitt mit dem Diisocyanat imprägniert wird.

Nach dem Imprägnieren wird der Träger auf eine Temperatur erhitzt, bei der die Polymerisationsreaktion in ausreichend kurzer Zeit durchgeführt wird. Bei Verwendung der genannten bevorzugten Diisocyanate liegt die Temperatur üblicherweise im Bereich von 120°C bis 1 90°C. Bei dieser Temperatur ist die Polymeri- sation in einem Zeitraum von mindestens 40 Sekunden bis etwa 3 Minuten fast vollständig abgeschlossen, wobei die Resthärtung bei niedrigerer Temperatur, z.B. durch Lagerung bei Raumtemperatur erfolgt. Die Reaktion kann durch Zugabe eines Katalysators beschleunigt werden. Während der Polymerisation ist das Tägermaterial und der sich bildende Polyhamstoff verformbar und kann daher in einem geeigneten beheizten Formgebungswerkzeug, z.B. durch Pressen,

Tiefziehen und dergleichen, in die gewünschte Form gebracht werden. Beispielsweise kann der imprägnierte Karton mit einem textilen Dekormaterial gleichzeitig ein- oder beidseitig tiefgezogen werden. Das textile Dekormaterial kann ein Gewebe, schaumkaschiertes Gewebe, Vliesstoff (Nadelfilz), schaumkaschierter Vliesstoff oder auch eine geprägte oder geprägte und schaumkaschierte Folie aus Polyurethan, Polypropylen, Polyvinylchlorid, EPDM und dergleichen sein, welches mit einem Dekor bedruckt sein kann. Bei Verwendung eines textilen Dekormaterials ist die dem Dekormaterial zugewandte Werkzeughälfte auf eine geringere Temperatur beheizt (in Abhängigkeit vom Dekormaterial z.B. auf etwa 80°C - 90°C), die dem Dekormaterial abgewandte Werkzeughälfte auf etwa

1 20°C - 190°C. Nach Abschluß der Polymerisationsreaktion wird das Verstärkungsmaterial entformt, abgekühlt und dann, sofern gewünscht, mit weiteren Schichten versehen, bevor es seiner weiteren Bestimmung zugeführt wird, beispielsweise einer Verklebung mit einem formgleichen Karosserieblech.

Das erfindungsgemäße Verstärkungsmaterial besitzt ausgezeichnete Eigenschaften im Hinblick auf Formbeständigkeit, Feuchtigkeitsbeständigkeit, Temperaturbeständigkeit, gesundheitliche Unbedenklichkeit und dergleichen und eignet sich damit hervorragend als Verstärkung von Formteileπ aus Blechen, Textilien oder Kunststoffen sowie Verbundwerkstoffen aus diesen Materialien.

Claims

Patentansprüche

1 . Verstärkungsmaterial, umfassend einen Träger auf Kartonbasis und einen Polyhamstoff.

2. Verstärkungsmaterial nach Anspruch 1 , wobei der Träger auf Kartonbasis mehrlagig ausgebildet ist.

3. Verstärkungsmaterial nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Träger mindestens eine gewellte oder wabenförmige Lage aufweist, die mindestens einseitig mit einer Decklage versehen ist.

4. Verstärkungsmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger mindestens zwei gewellte und/oder wabenförmige Lagen aufweist, die durch eine flache Lage (Zwischenlage) miteinander verbunden sind und deren jeweilige Außenseiten mit einer Decklage versehen sind .

5. Verstärkungsmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Trägermaterial über im wesentlichen die gesamte Dicke von dem Polyhamstoff durchdrungen ist.

6. Verstärkungsmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Trägermaterial so von dem Polyhamstoff durchdrungen ist, daß sich ein integrales Konzentrationsprofil des Polyhamstoffs über den Querschnitt des Trägers ergibt, mit abnehmender Konzentration von den Außenflächen des Trägers zu seiner Mitte hin.

7. Verstärkungsmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verstärkungsmaterial im wesentlichen flach ausgebildet ist.

8. Verstärkungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Verstärkungsmaterial eine vorbestimmte Form aufweist.

9. Verstärkungsmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Polyhamstoff durch Polykondensation eines Diisocyanats gebildet ist.

10. Verstärkungsmaterial nach Anspruch 9, wobei das Diisocyanat ein Monomer oder Oligomer von 4,4'-Methylendi(phenylisocyanat), 2,4'-Methylendi(phenylisocyanat)2,2'-Methylendi(phenylisocyanat) oder ein beliebiges Gemisch davon ist.

1 1 . Verstärkungsmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verstärkungsmaterial auf einer oder auf beiden Ober- flächen mit einer Dekorschicht bzw. Dekorschichten beschichtet ist, wobei zwischen dem Verstärkungsmaterial und der Dekorschicht jeweils mindestens eine weitere Schicht zur akustischen und/oder mechanischen Dämpfung angeordnet sein kann.

1 2. Verfahren zur Herstellung eines Verstärkungsmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

-Bereitstellen eines auf die gewünschte Größe geschnittenen ein- oder mehrlagigen Trägers auf Kartonbasis;

Imprägnieren des Trägers mit mindestens einem Diisocyanat;

Erhitzen des imprägnierten Trägers, ggf . nach Aufbringen weiterer Schichten und ggf. unter Verformung in einem beheizten Formge- bungswerkzeug, auf eine Temperatur von oberhalb der Reaktionstemperatur des Diisocyanats zur Bildung des Polyhamstoffs durch Polykondensation in Gegenwart von Feuchtigkeit; Entformen des den Polyhamstoff enthaltenden Trägers; und

Abkühlen des erhaltenen Verstärkungsmaterials.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Träger durch Besprühen,

Bedrucken oder Übergießen mit dem Diisocyanat imprägniert wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Träger mit dem Dii- socyanat über im wesentlichen die gesamte Dicke imprägniert wird.

1 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 2-14, wobei die Imprägnierung von beiden Oberflächen des Trägers her erfolgt.

1 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 2-1 5, wobei die Imprägnierung derart durchgeführt wird, daß sich ein integrales Konzentrationsprofil des Diisocyanats über den Querschnitt des Trägers ergibt, mit abnehmender Konzentration von den Außenflächen des Trägers zu seiner Mitte hin.

1 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 2-1 6, wobei das Diisocyanat ein Monomer oder Oligomer von 4,4'-Methylendi(phenylisocyanat), 2,4'-Methylendi(phenylisocyanat), 2,2'-Methylendi(phenylisocyanat) oder ein beliebiges Gemisch davon ist.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12-1 7, wobei das Diisocyanat zum Zeitpunkt der Imprägnierung eine Viskosität von höchstens 250 mPa-s aufweist.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 2-1 8, wobei der imprägnierte

Träger auf eine Temperatur von 120°C bis 1 90°C während eines Zeitraums von mindestens 40 Sekunden bis etwa 3 Minuten erhitzt wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 2-1 9, wobei der Feuchtigkeitsgehalt des Trägers vor der Imprägnierung mit dem Diisocyanat oberhalb des stöchiometrischen Reaktionsgleichgewichts des Diisocyanats liegt.

21 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 2-20, wobei das erhaltene Verstärkungsmaterial auf einer oder auf beiden Oberflächen mit einer Dekorschicht bzw. Dekorschichten beschichtet wird, wobei zwischen dem Verstärkungsmaterial und der Dekorschicht jeweils mindestens eine weitere Schicht zur akustischen und/oder mechanischen Dämpfung angeordnet werden kann .

22. Verwendung eines Verstärkungsmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 zur Verstärkung von Formteilen aus Blechen, Textilien oder Kunststoffen oder von Verbundwerkstoffen dieser Materialien.

23. Verstärktes Formteil, wobei das Formteil zur Verstärkung mit einem formgleichen Verstärkungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis

1 1 verklebt ist.