WO1999010581A1 - Langfaser-schaumverbund - Google Patents

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Rolf Hesch
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Möller Plast GmbH
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
    • D04H1/58—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties by applying, incorporating or activating chemical or thermoplastic bonding agents, e.g. adhesives
    • D04H1/64—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties by applying, incorporating or activating chemical or thermoplastic bonding agents, e.g. adhesives the bonding agent being applied in wet state, e.g. chemical agents in dispersions or solutions
    • D04H1/68—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties by applying, incorporating or activating chemical or thermoplastic bonding agents, e.g. adhesives the bonding agent being applied in wet state, e.g. chemical agents in dispersions or solutions the bonding agent being applied in the form of foam

Definitions

  • the invention relates to a long fiber foam composite and components made therefrom.
  • nonwovens, mats and similar scrims made of fibers and other longitudinally oriented structures with a high degree of slenderness are tied in such a way that they
  • - are mechanically solidified, e.g. B. by needling, quilting, matting,
  • thermobonding if as fibers u. completely or partially thermoplastic material is used,
  • thermal bonding with single or bi-component fibers requires a polymer content of between 15% and 50%. This allows proven products to be manufactured in many cases. But every synthesis is associated with high energy consumption and thus high emissions. In addition, the cost of chemical or synthetic fibers is high.
  • the invention has for its object to provide a long fiber foam composite, in which the long fibers are connected to a loose but dimensionally stable fabric with good recovery properties.
  • this object is achieved in that the long fibers are only partially connected by a foam body to form a low-density scrim.
  • the foam bodies connecting in the form of a node in foamed or non-foamed form into the scrim during the formation of the scrim, the foam bodies introduced in non-foamed form being able to be foamed into the binder to be foamed by reaction or by activation of previously introduced blowing agents.
  • foam-free zones spanned only by fibers are formed between the foam bodies. Natural fibers, man-made fibers, system fibers, inorganic fibers as primary fibers as well as recycling fibers or mixtures thereof can be used as fibers.
  • the only partial use of the elastomer results in a significantly more economical consumption.
  • the economical consumption is further increased by the foaming.
  • the foaming also results in better upholstery behavior and better dimensional stability or recovery after loading.
  • the fiber structure can also be made looser, which also results in a saving in fibers.
  • the natural fibers can be connected to one another in a punctiform manner with a binder expenditure minimized by foaming.
  • the foam bodies support the fibers from the inside and ensure that they cannot collapse over time.
  • the foamable materials are only foamed after being introduced between the fibers, they drive the fibers apart and bring about a reduction in the density of the scrims, which would not be possible without the method according to the invention. Since it is known that the lower the density, the better the insulation, the method according to the invention, in addition to the desired dimensional stability, also results in an increase in the insulation capacity beyond the natural level.
  • Wind barriers or layers which are intended to prevent convection of the air within the fibers can be applied on one or both sides by the method according to the invention. Thin foam layers or fine nonwovens applied on one or both sides can also be used as wind barriers.
  • the invention makes it possible to achieve shape stabilization with light to very light nonwovens with the least effort and to increase the rear forces.
  • the long fibers glued in a knot-like manner in the foam body ensure that the foam is braced laterally, so that there are no undesirable lateral evasive and rocking movements typical of foam padding.
  • Polymers, elastomers and also thermosets in the state of the pre-condensate or pre-adduct are suitable for the production of the aforementioned Part i a 1 foam composites.
  • the introduction in the already foamed form should preferably be used when a bond to the nonwoven or other non-woven fabric is to take place without additional reduction in the density of the non-woven fabric.
  • the introduction of reactive foamable systems or subsequently foamable systems, e.g. B. by subsequent introduction of energy, should preferably be used when the foaming is to take place freely and serve to further reduce the density of the fleece or other gel filling by increasing the foam than is possible by the fleece molding itself .
  • foaming in a limited th volume e.g. B. in a double 1 belt press or in a form, for. B. for car seats.
  • the internal pressure generated by the foaming pressure presses the long fiber Part i al foam system against the walls of the mold and thus causes the formation of molded parts, for. B. upholstery for car seats.
  • inlaid cover layers for decorative or other purposes can be foamed immediately.
  • An increase in the strength of long fiber parts i a 1 - foam-bonded can be achieved according to the invention by already foaming the foam bodies or introducing them subsequently into a mixture of natural fibers and polymer fibers in the manner described.
  • thermobonding can then result in a strength-increasing fusion of the polymer fibers at their crossing points.
  • Material exist can be coupled to sheets, foils, fabrics and comparable flat materials, possibly with priming of the flat materials. In this way, it becomes possible to produce lightweight components of high strength, e.g. B. car doors, car interior panels, sandwich elements of all kinds u. a. m.
  • the scrim is provided on one or both sides with an adhesive or a cover layer made of foam, which has an adhesive effect and is able to cover the scrim with f sheet-like structures, e.g. B. sheets, decorative fabrics and. a. m. to glue or thermally weld.
  • f sheet-like structures e.g. B. sheets, decorative fabrics and. a. m. to glue or thermally weld.
  • Nonwovens manufactured according to the above systems u. ⁇ . Can be deep drawn and subsequently pressed for if they are thermoplastic components and / or thermosets
  • the form of the nonwovens can be compressed to different heights in zones.
  • edge zone z. B. highly compressed to high strength and rigidity
  • z. B. for self-supporting parts, to achieve and only slightly compressed in the middle to, among other things, upholstery cause.
  • Using this process it is also possible to press ribs or embossings for reinforcement purposes or decorative purposes into the molded part with a selectable depth and density.
  • the method is particularly suitable for producing stiff, dimensionally stable, yet light interior parts for vehicles that do not splinter in the event of a crash.

Abstract

Durch die Erfindung wird ein Langfaser-Schaumverbund geschaffen, bei dem die Langfasern zu einem lockeren aber dennoch formstabilen Gelege mit guten Rückstelleigenschaften verbunden sind. Hierzu sind die Langfasern nur partial durch Schaumkörperchen knotenpunktförmig verbunden, wobei die Schaumkörperchen in geschäumter oder ungeschäumter Form bei der Bildung des Geleges in dieses eingebracht sind. Die in ungeschäumter Form eingebrachten Schaumkörperchen sind durch Reaktion oder durch Reaktivierung vorher eingebrachter Treibmittel in das aufzuschäumende Bindemittel aufschäumbar. Die Aufschäumung kann entweder ohne Volumenbegrenzung frei erfolgen, so daß durch vollständige Aufschäumung eine minimal mögliche Dichte erreichbar ist oder in einem vorbestimmten Volumen mit dadurch vorbestimmter Dichte, beispielsweise durch Aufschäumung in einer Doppelwandpresse oder einer Form.

Description

Langfaser-Schau verbund
Die Erfindung betrifft einen Langfaser-Schaumverbund sowie daraus hergestellte Bauteile.
Nach dem Stand der Technik werden Vliese, Matten und ähnliche Gelege aus Fasern und anderen längsorientierten Gebilden mit hohem Schlankheitsgrad in der Weise abgebunden, daß sie
- mechanisch verfestigt werden, z. B. durch Nadelung, Versteppung, Verfilzung,
- durch Thermobonding verschweißt werden, wenn als Fasern u. ä. ganz oder teilweise thermoplastisches Material verwendet wird,
- durch Aufbringung von Klebstoffen durch Tauchung, Aufsprühung, Schmälzung u. ä.
Bekannt sind ferner Schaumwerkstoffe und Schaumverbundstoffe, in welche Fasern, Vliese, Gewebe u. ä. Gebilde als Verstärkung eingebracht werden und bei denen der Schaum den Zusammenhalt bewirkt. Oben genannte Erzeugnisse und Verfahren weisen eine Reihe von Beschränkungen auf:
- mechanische Verbindungssysteme führen zwangsläufig zu einer Verdichtung der Gelege, welche für einen Großteil der Anwendungsgebiete unerwünscht ist, besonders für Dämmstoffe.
- Thermobonding mit Ein- oder Bi komponentenfasern erfordert, je nach Anwendungsgebiet, einen Polymeranteil von meist zwischen 15 % und 50 % . Dadurch lassen sich vielfach bewährte Produkte herstellen. Aber jede- Synthese ist mit einem hohen Energieverbrauch und somit mit hohen Emissionen verbunden. Außerdem sind die Kosten von chemischen oder Synthesefasern hoch.
- Tauchen und Sprühen erfolgt überwiegend mit Elastomeren, aber auch mit Duromeren, und z. T. auch mit mineralischen Bindemitteln. Nach dem Verfahren lassen sich z. B. in Kombination mit Elastomeren hervorragende Postermaterialien herstellen. Aber der Verbrauch an Bindemitteln ist hoch und somit die Kosten ind die Emissionen.
Als Polstermaterial für Autositze, Polstermöbel u. ä. haben die meisten Naturfasern den Nachteil, daß sie durch Gebrauch zusammengedrückt, also "plattgesessen" werden. Mangels eigener Rückstellkräfte der meisten Naturfasern bleiben sie dann in diesem Zustand.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Langfa- ser-Schaumverbund zu schaffen, bei dem die Langfasern zu einem lockeren aber dennoch formstabilen Gelege mit guten Rückstelleigenschaften verbunden sind. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Langfasern nur partial durch Schaumkörperchen zu einem Gelege geringer Dichte knotenpunktförmig verbunden sind. Es besteht die Möglichkeit, die knotenpunktförmig verbindenden Schaumkörperchen in geschäumter oder ungeschäumter Form bei der Bildung des Geleges in dieses einzubringen, wobei die in ungeschäumter Form eingebrachten Schaumkörperchen durch Reaktion oder durch Aktivierung vorher eingebrachter Treibmittel in das aufzuschäumende Bindemittel aufschäumbar sind. In Ausgestaltung der Erfindung sind zwischen den Schaumkörperchen nur von Fasern durchspannte schaumfreie Zonen gebildet. Als Fasern können Naturfasern, Chemiefasern, Systhesef asern , anorganische Fasern sowohl als Primärfasern als auch als Recyclingfasern oder Mischungen davon zum Einsatz kommen.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen aufgezeigt.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind vielfach :
- Lockere Faser-, insbesondere Naturfaserverbunde, die sich nach dem Stand der Technik als Polstermaterial mangels guter Rückstelleigenschaften nur bedingt eignen, erhalten bei Verwendung von Elastomeren oder Thermoelasten zur Bildung der Schaumkörperchen ein gutes Rückstel 1 vermögen und werden so zu einem hoch- wertigen Polstermaterial. Im Gegensatz zu Elastomere-Faserverbunden nach dem Stand der Technik, bei denen die Fasern von ungeschäumten Elastomeren wei- testgehend ummantelt werden, ergibt sich durch den nur partialen Einsatz des Elastomers ein wesentlich sparsamerer Verbrauch. Der sparsame Verbrauch wird durch die Schäumung weiter gesteigert. Die Schäumung bewirkt gleichzeitig aber auch ein besseres Polsterungsverhalten und bessere Formbeständigkeit bzw. Rückstellung nach Belastung. Auch das Fasergefüge kann lockerer gestaltet werden, wodurch sich auch eine Einsparung an Fasern ergibt. Für Naturfasern kann über die erfindungsgemäße Lösung erwartet werden, daß sich ein größerer Markt aufbauen läßt.
Für Zwecke der Wärmedämmung kann mit der erfindungsgemäßen Lösung das derzeit bestehende Hauptproblem der Naturfasern gelöst werden. Es wird als schwerwiegender Mangel bewertet, daß sich Dämmvliese aus Flachs-, Hanf-, Schafwol lf asern etc. mangels Eigen- steifigkeit nachträglich setzen. Dadurch geht über die Jahre ein wesentlicher Teil der Dämmwirkung verloren .
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Partialschaumver- buπdes können die Naturfasern ebenso wie andere Fasern mit einem durch Schäumung minimierten Bindmittelaufwand punktförmig miteinander verbunden werden. Vor allem aber stützen die Schaumkörperchen die Fasern von innen her ab und gewährleisten, daß sie über die Zeit nicht in sich zusammensinken können. Mehr noch, schäumt man die schäumbaren Materialien erst nach Einbringung zwischen die Fasern auf, so treiben sie die Fasern auseinander und bewirken eine Verringerung der Dichte der Gelege, wie sie ohne das erfindungsgemäße Verfahren gar nicht erreichbar wäre. Da Dämmstoffe bekanntlich um so besser dämmen, je geringer die Dichte ist, wird durch das erfindungsgemäße Verfahren neben der angestrebten Formbeständigkeit auch eine Steigerung des Dämmvermögens über das naturgebende Maß hinaus bewirkt.
Bekanntlich dämmt nicht die Faser, sondern die in ihr und zwischen ihr geka mmerte, stehende Luft. Je geringer die Dichte der Faserverbunde bzw. -gelege, um so leichter gerät die Luft dazwischen in Bewegung und vermindert dadurch die Dämmwirkung. Dem kann entgegengewirkt werden, indem man den Dämmstoff durch winddichte Kaschierung mit Papieren, Folie oder anderen winddichten Materialien vor Luftbewegung von außen schützt. Solche Windsperren können bei der Bildung der Vliese oder anderweitigen Gelege unmittelbar an den Dämmstoff angebracht werden, indem man die Formung darauf bewirkt. Der Verbund zwischen Fasern und Windsperre kann dabei u. a. durch die bei Herstellung noch klebfähigen Schaumkörperchen oder auch durch eine aufgesprühte Klebstoffschicht bewirkt werden. Windsperren bzw. Schichten, welche eine Konvektion der Luft innerhalb der Fasern verhindern sollen, können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein- oder beidseitig aufgebracht werden. Als Windsperren kommen auch ein- oder beidseitig aufgebrachte, dünne Schaumschichten oder Feinvliese in Frage. Durch die Erfindung ist es möglich, mit geringstem Aufwand eine Formstabilisierung bei leichten bis sehr leichten Vliesen zu erreichen und die Rückste 11 kräfte zu steigern. Die in den Schaumkörperchen knotenpunktförmig verklebten Langfasern sorgen dafür, daß der Schaum seitlich verspannt wird, es also nicht zu den für Schaumpolsterungen typischen, unerwünschten seitlichen Ausweich- und Schaukelbewegungen kommt. Die Tatsache, daß nur ein Teil des Gesamtvolumens aus Schaum besteht, der übrige Teil dagegen aus zwar partial verklebten, aber überwiegend offenen Fasersystemen, ergibt eine besonders gute Luftdurchlässigkeit - für Polstermate ialien ein besonderer Vorteil.
Für die Herstellung der genannten Part i a 1 schaumverbunde eignen sich Polymere, Elastomere und auch Duromere im Zustand des Vorkondensates oder Voradduktes. Die Einbringung in bereits geschäumter Form soll vorzugsweise dann zur Anwendung kommen, wenn eine Bindung zum Vlies oder anderweitigem Gelege ohne zusätzliche Dichteverringerung des Geleges stattfinden soll.
Die Einbringung von reaktiv schäumbaren Systemen oder nachträglich aufschäumbaren Systemen, z. B. durch nachträgliche Energieeinleitung, soll vorzugsweise dann zur Anwendung kommen, wenn das Aufschäumen frei erfolgen und dazu dienen soll, durch das Steigen des Schaumes auch die Dichte des Vlies oder anderweitigen Gele- geschüttung weiter zu verringern, als dies durch die Vliesformung selbst möglich ist. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, das Aufschäumen in einem begrenz- ten Volumen, z. B. in einer Doppe 1 bandpresse oder in einer Form, z. B. für PKW-Sitze durchzuführen. Auf diese Weise können gezielt technisch erforderliche oder erwünschte Dichten erzeugt werden. Der durch den Aufschäumdruck erzeugte Innendruck preßt dabei das Langfaser-Part i al schaumsystem an die Wandungen der Form und bewirkt so das Entstehen von Formteilen, z. B. Polster für PKW-Sitze. In die Form oder die Doppel bandpresse eingelegte Deckschichten für dekorative oder andere Zwecke können dabei sofort angeschäumt werden.
Eine Steigerung der Festigkeit von Langfaser-Part i a 1 - schaumverbunden kann erfindungsgemäß erreicht werden, indem die Schaumkörperchen bereits geschäumt oder nachträglich aufschäumbar in beschriebener Weise in eine Mischung von Naturfasern und Polymerfasern eingebracht werden. Zusätzlich zu der knotenförmigen Verbindung der Langfasern durch Part ial schaumkörperchen kann dann durch Thermobonding eine fest igkeitssteigernde Verschmelzung der Polymerfasern an ihren Kreuzungspunkten erfolgen.
Sollen Festigkeit gesteigert und Dichte gleichzeitig gesenkt werden, - eine Forderung, die besonders im Kraftfahrzeugbau zunehmende Bedeutung gewinnt, dann können in die Mischung mit Naturfasern statt Polymerfasern nach dem Stand der Technik solche Polymerfasern eingemischt werden, die bereits beim Spinnen geschäumt wurden oder erst nach der Vermischung bzw. Gelegebil- düng durch Einleitung von Energie, welche in der
Schmelze eingebrachte Treibmittel aktiviert und das Polymer aufschäumt. Part i a 1 schaumgebundene Gelege aus Mischungen von Naturfasern und Polymerfasern, ungeschäumt , vorher verschäumt oder nachträglich aufschäumend, bieten auch die Möglichkeit, daß über die Polymerfasern oder die Schaumkörperchen, wenn sie aus wärmeakti vierbarem
Material bestehen, eine Ankopplung an Bleche, Folien, Gewebe und vergleichbare flächige Materialien erfolgen kann, ggf. unter Primerung der flächigen Materialien. Auf diese Art und Weise wird es möglich, Leichtbauteile hoher Festigkeit zu erzeugen, z. B. Autotüren, PKW-Innenverkleidungen, Sandwichelemente aller Art u. a. m.
Obige Leichtbauteile als Sandwichelemente unterschiedlicher Art können auch erfindungsgemäß hergestellt werden, wenn anstelle der Verwendung von Polymerfasern das Gelege ein- oder beidseitig mit einem Klebstoff versehen wird oder einer Deckschicht aus Schaum, der eine klebende Wirkung besitzt und in der Lage ist, das Gelege mit f lächenförmigen Gebilden, z. B. Blechen, Dekorstoffen u. a. m. zu verkleben oder thermisch zu verschweißen.
Nach obigen Systemen hergestellte Vliese u. ä. können tiefgezogen und nachträglich for verpreßt werden, wenn sie thermoplastische Bestandteile und/oder duromere
Bestandteile in noch nicht vernetzte Zustand beinhalten. Dabei können die Vliese in der Form zonenweise unterschiedlich hoch verdichtet werden. In der Randzone z. B. hochverdichtet, um hohe Festigkeit und Steifig- keit,z. B. für selbsttragende Teile, zu erzielen und im Mittelfeld nur geringverdichtet, um u. a. Polsterung zu bewirken. Möglich ist es nach diesem Verfahren, auch Rippen oder Prägungen für Versteifungszwecke oder Zierzwecke in das Formteil mit wählbarer Tiefe und Dichte einzupressen. Das Verfahren bietet sich insbesondere dafür an, steife, formstabile und dennoch leichte Innenausstattungsteile für Fahrzeuge herzustel len, welche im Crash-Fall nicht splittern.
Patentansprüche -

Claims

Patentansprüche :
1. Langfaser-Schaumverbund, dadurch gekennzeichnet, daß die Langfasern nir partial durch Schaumkörperchen zu einem Gelege geringer Dichte knotenpunktförmig verbunden sind.
2. Langfaser-Schaumverbund nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die knotenpunktförmig verbindenden Schaumkörperchen in geschäumter oder ungeschäumter Form bei der Bildung des Geleges in dieses eingebracht sind.
Langfaser-Schaumverbund nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in ungeschäumter Form eingebrachten Schaumkörperchen durch Reaktion oder durch Aktivierung vorher eingebrachter Treibmittel in das aufzuschäumende Bindemittel aufschäumbar sind.
4. Langfaser-Schaumverbund nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den
Schaumkörperchen nur von Fasern durchspannte schaumfreie Zonen gebildet sind.
5. Langfaser-Schaumverbund nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Fasern Naturfasern, Chemiefasern, Synthesefasern, anorganische Fasern sowohl als Primärfasern als auch als Recycl atfasern oder Mischungen davon zum Einsatz kommen .
6. Langfaser-Schaumverbund nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschäu- rrung ohne Volumenbegrenzung frei erfolgt, so daß durch vollständige Aufschäumung eine minimal mögliche Dichte erreichbar ist.
7. Langfaser-Schaumverbund nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschäumung in einem durch eine Doppelbandpresse, Form o. ä. vorbestimmten Volumen mit dadurch vorbest imm- ter Dichte durchführbar ist.
8. Langfaser-Schaumverbund nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß geschäumte Poly- rrerfasern in die Fasermischung eingebracht sind und durch Thermobonding an den Kreuzungspunkten miteinander verschmolzen sind.
Langfaser-Schaumverbund nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Treibmittel enthaltende Polymerfasern in die Fasermischung eingebracht sind.
10. Langfaser-Schaumverbund nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmittel bei oder nach der Gelegebildung durch Reaktion oder durch Ein- leitung'von Energie aktivierbar und dadurch die Schaumbildung bewirkbar ist.
11. Langfaser-Schaumverbund nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerfasern an den Kreuzungspunkten miteinander verschmolzen sind
12. Langfaser-Schaumverbund nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine Verpressung durch Energiezufuhr und/oder Druck in Formen zu Formteilen.
13. Langfaser-Schaumverbund nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Formteile unterschiedlich verdichtete Zonen aufweisen.
14. Langfaser-Schaumverbund nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Formteile ein- oder beidseitig eine Klebstoff Schicht oder eine klebfähige Schaumschicht aufgebracht ist.
15. Langfaser-Schaumverbund nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß Oberf lächenbeschichtungsmate- rialien dekorativer Art oder technischer Bestimmung angeklebt oder angeschäumt sind.
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