WO2015049027A1 - Flächengebilde mit hoher temperaturstabilität - Google Patents

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WO2015049027A1
WO2015049027A1 PCT/EP2014/002469 EP2014002469W WO2015049027A1 WO 2015049027 A1 WO2015049027 A1 WO 2015049027A1 EP 2014002469 W EP2014002469 W EP 2014002469W WO 2015049027 A1 WO2015049027 A1 WO 2015049027A1
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sheet
fabric
temperature
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Gerald JARRE
Robert Groten
Anke Bold
Sungyong Ryu
Denis Reibel
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Carl Freudenberg Kg
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Definitions

  • the invention relates to a sheet, preferably with high
  • Sheet material of the type mentioned are already known from the prior art and are used in many fields, such as in the transport industry. Such fabrics contain
  • Glass fibers Polyurethanes or polyesters.
  • US 3 966 526 describes a method of manufacturing components for the automotive interior lining. These are made up of several foam-like layers of polystyrene resin. A disadvantage here is that these components are not recyclable and their disposal is therefore associated with high costs.
  • ®STATIGU GSCOPY Another component for the automotive industry, namely a headliner, is shown in US 4,840,832.
  • the headliner has polyester bicomponent fibers with a low melting binder component and a high melting stabilizing polymer.
  • Automotive interior lining described. This has a multilayer structure.
  • a layer of polyurethane foam is used, wherein one side of the polyurethane foam layer is provided with a further polyurethane foam layer. The other side is impregnated with an elastomer solution.
  • an elastomer solution To dispose of the headliner a separation of the individual layers is necessary. This increases the
  • US 4 211 590 shows a thermoformable laminate of a
  • thermoplastic foam core After thermoforming, the laminate is hardened by cooling.
  • a laminate is used for the interior lining of an automobile, in particular as a headliner.
  • Another headliner for automotive interior lining is known from US Pat. No. 5,660,908. This consists of polyethylene terephthalate and has
  • the invention is therefore the object of a sheet of the type mentioned in such a design and further that this low cost manufacturing high bending stiffness at elevated
  • This sheet Has temperature, recyclable, mechanically strong and elastically yielding. This sheet is intended to be used in particular as a component for a means of transport.
  • the aforementioned sheet is characterized in that it comprises a base body of at least one layer, wherein the at least one layer comprises first fibers comprising a first polymer and second fibers comprising a second polymer or wherein the at least one layer comprises uniform fibers which a first and a second polymer, wherein a cold-curing temperature of the first polymer at the softening temperature of the second polymer or below the
  • Softening temperature of the second polymer is.
  • cold crystallization is meant a crystallization which occurs after heating above the softening or glass transition temperature.
  • Cold-curing temperature is the temperature at which a first exothermic maximum of free enthalpy occurs.
  • exothermic is meant an energy release.
  • softening temperature also called the glass transition temperature
  • glass transition temperature is understood to mean the temperature at which wholly or partly amorphous polymers change from a highly viscous or rubber-elastic, flexible state into a glassy or hard-elastic state.
  • Softening temperature is measured according to the invention according to DIN 53765.
  • uniform fibers is meant that the fibers have the same polymers and fiber type.
  • Softening temperature of the second polymer occurs.
  • a sheet with sufficiently high mechanical strength is achieved at high temperatures.
  • the sheet is characterized by excellent acoustic properties and low weight. Consequently, the object mentioned above is achieved.
  • cold crystallization of the first polymer occurs in a
  • Softening temperature of the second polymer in the range of 70 to 150 ° C, preferably in the range of 80 to 140 ° C, more preferably in the range of 90 to 130 ° C, on. Under these conditions, a sheet having high flexibility and elastic compliance at high temperatures is obtained. At these temperatures, stabilization of the second polymer occurs by crystallization of the first polymer.
  • the difference between the cold crystallization temperature of the first polymer and the softening temperature of the second polymer could also be in the range from 1 to 100.degree. C., preferably in the range from 2 to 80.degree. C., more preferably in the range from 3 to 60.degree. Under these conditions, a particularly good stabilization of the second polymer by
  • the softening temperature and / or the melting temperature of the second polymer are above the
  • Cold crystallization of the first polymer has a temperature stability of
  • the difference between the softening temperatures measured according to DIN 53765 of the first and second polymers can vary within wide limits. Conveniently, the difference in softening temperatures of the first and second polymers is at least 15 ° C, preferably
  • the difference in the melting temperatures of the first and the second polymer is at least 5 ° C., preferably at least 10 ° C., particularly preferably at least 15 ° C.
  • polymers a wide variety of materials can be used.
  • the polymers are melt-spinnable.
  • at least one of the polymers is a polyester selected from the group consisting of polyethylene terephthalate, polypropylene terephthalate,
  • Polytetramethylene terephthalate poly (decamethylene) terephthalate, poly-1, 4-cyclohexylenedimethyl terephthalate, polybutylene terephthalate,
  • Sheets of the aforementioned polymers are easy to recycle.
  • the first polymer is selected from the group consisting of polypropylene terephthalate, polytetramethylene terephthalate,
  • the second polymer is selected from the group consisting of poly (decamethylene) terephthalate, poly-1, 4-cyclohexylenedimethyl terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, more preferably polyethylene naphthalate, polybutylene terephthalate, their copolymers and / or mixtures thereof.
  • poly (decamethylene) terephthalate poly-1, 4-cyclohexylenedimethyl terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, more preferably polyethylene naphthalate, polybutylene terephthalate, their copolymers and / or mixtures thereof.
  • Sheet with respect to a variety of applications, preferably for applications of the sheet as a substrate for
  • the first polymer is a polyester selected from the group consisting of polyglycolic acid, polylactides, polycaprolactones, polyethylene adipates, polyhydroxyalkanoates, polyhydroxybutyrates, poly-3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerates, polyethylene terephthalate,
  • Polytrimethylene terephthalates Polyurethanes, polytetramethylene terephthalate,
  • the first polymer contains
  • the first polymer has a cold crystallization temperature in
  • Range of 70 to 150 ° C more preferably in the range of 80 to 140 ° C, most preferably in the range of 90 to 130 ° C, on. These polymers have a high temperature stability and lead to a good deflection behavior of the fabric.
  • the second polymer has a softening temperature in the range of 70 to 150 ° C, more preferably in the range of 80 to 140 ° C, most preferably in the range of 90 to 130 ° C, on. In this case, a particularly good stabilization of the second polymer by cold crystallization of the first polymer occurs.
  • the modulus of elasticity is a material characteristic from material technology and describes the relationship between stress and strain in the deformation of a solid body with linear elastic
  • the elastic modulus of the first polymer could be in the range of 400 to 1300 MPa, preferably in the range of 500 to 1200 MPa, more preferably in the range of 700 to 000 MPa.
  • the second polymer could have a high modulus of elasticity.
  • the modulus of elasticity of the second polymer is 1400 to
  • At least one fiber contains at least two polymers, wherein the first polymer is in the form of at least one segment embedded in the second polymer and / or of the second polymer at least partially bounded.
  • the first polymer is in the form of at least one segment embedded in the second polymer and / or of the second polymer at least partially bounded.
  • stabilization of the first polymer by the second polymer is achieved at high temperatures until cold crystallization of the first polymer occurs.
  • the sheet segments of a first polymer are present, which are circular, oval, n-shaped, trilobal or multilobal in cross-section, which are embedded in the second polymer and / or at least partially bounded by the second polymer.
  • Segments embedded in the second polymer and / or at least partially bounded by the second polymer Preference is given to round segments, which are particularly preferably arranged coaxially. This isotropic arrangement causes a good force absorption behavior.
  • the fibers could have a core / shell geometry.
  • the first polymer in the core is surrounded by a threadline from the second polymer.
  • the core contains
  • Polyethylene terephthalate, their copolymers and / or mixtures thereof and the shell preferably contains poly (decamethylene) terephthalate, poly-1, 4-cyclohexylenedimethyl terephthalate, polybutylene terephthalate,
  • Polyethylene naphthalate more preferably polyethylene naphthalate,
  • the first polymer is advantageously embedded particularly homogeneously in the second polymer and these geometries lead to a particularly dense structure.
  • the fibers are configured as monofilaments.
  • the second polymer is bonded to the first polymer and the first polymer as a binder fiber produces an adhesive bond between the fibers of the first and second polymers. As a result, the mechanical strength of the fabric can be increased.
  • the fibers have a core / sheath geometry, the fibers containing only one polymer.
  • the core has no polymer. This is
  • Hollow fibers It is advantageous that a sheet with a low weight and a high mechanical strength is achieved.
  • the polymer of the hollow fiber is a polyester selected from the group consisting of polypropylene terephthalate,
  • Polytetramethylene terephthalate poly (decamethylene) terephthalate, poly (4-cyclohexyl) dimethyl terephthalate, polybutylene terephthalate,
  • the polymer of the hollow fiber contains polyethylene naphthalate.
  • the polymer of the hollow fiber has a
  • Softening temperature in the range of 70 to 150 ° C, more preferably in the range of 80 to 140 ° C, most preferably in the range of 90 to 130 ° C, on.
  • the first to second polymer weight ratio is in a range of 50:50 to 95: 5, preferably in a range of 60:40 to 95: 5, more preferably in a range of 65:35 to 90:10.
  • the first to second polymer weight ratio is in a range of 50:50 to 95: 5, preferably in a range of 60:40 to 95: 5, more preferably in a range of 65:35 to 90:10.
  • the fiber diameter is in the range of 0.1 to 20 dtex, more preferably in the range of 1 to 15 dtex, most preferably in the range of 3 to 12 dtex.
  • the second polymer is used as a minority component. It is advantageous that the usually expensive second polymer component can be used to save material in order to increase the stability of the fabric.
  • the base body contains no further fibers. It is conceivable that the main body could have further fibers. These fibers are preferably designed as monofilaments. Preferably, the proportion of further fibers, based on the total weight of the main body 1 to 80 wt .-%, more preferably 10 to 70 wt .-%, particularly preferably 20 to 60 wt .-%.
  • the further fibers contain a polymer selected from the group consisting of: polyester, polyolefins, polyamide, polyamide 66 (nylon ® ), polyamide 6 (Perlon ® ), preferred Polyethylene terephthalate, polypropylene terephthalate, their copolymers and / or mixtures thereof.
  • the fibers could be designed as binding fibers.
  • the binder fiber creates an adhesive bond, thereby increasing the strength of the fabric.
  • the layers preferably the at least one layer and / or the further layers of the main body, could be configured as scrim, woven, knitted, knitted, film, foil, nonwoven or nonwoven fabric. As a result, a sheet with mechanical strength is obtained.
  • the main body could comprise a composite containing the at least one layer.
  • the sheet has a reinforcing layer.
  • the sheet has no reinforcing layer.
  • the sheet has no reinforcing layer.
  • the basis weight can vary widely.
  • the fabric has a basis weight according to DIN EN 29073-1 in the range of 50 to 4000 g / m 2 , more preferably in the range of 80 to 3000 g / m 2 , particularly preferably in the range of 100 to 2500 g / m 2 . Sheets of the above basis weights have excellent stability.
  • the sheet is used as a substrate for a headliner.
  • the sheet preferably has a basis weight in the range of 500 to
  • the sheet has a
  • Thickness according to DIN EN 9073-2 from 0.5 to 300 mm, more preferably from 1 to 200 mm, particularly preferably from 1 to 150 mm, on.
  • Another object of the present invention is a
  • Softening temperature of the second polymer is.
  • the sheet is thermoformed to obtain a thermoformed sheet.
  • Thermoforming involves the transformation of thermoplastic material.
  • the thermoformed sheet could be formed by a process comprising the following process steps: a) heating the sheet,
  • the mold could be heated to a temperature in the range of 20 to 300 ° C, preferably in the range of 20 to 250 ° C.
  • the mold expediently has two half parts. The two half parts of the
  • Forming tool can have the same distance or different distances to each other during pressing at different points of the pressing surface. Practical experiments have shown that
  • thermoformable sheet under these conditions is given an increased flexural rigidity at elevated temperature.
  • the bending stiffness of the fabric can vary widely.
  • the sheet is used for producing a component for a means of transport, in particular as a substrate for a headliner.
  • Such fabrics preferably have a flexural stiffness in the range of 1 to 40 N / mm 2 measured according to DIN EN ISO 14125 at a maximum bending stress, more preferably in the range of 1 to 25 N / mm 2 , particularly preferably in the range of 2 to 20 N / mm 2 , most preferably in the range of 4 to 15 N / mm 2 , on.
  • Fabrics with the aforementioned bending stiffness are characterized by sufficient stability with an excellent
  • the bending stiffness of the thermoformed sheet can also be determined according to DIN / EN 310.
  • the sample size to 90mm X 75mm, the support distance to 80mm and the pre-load on 3N bending stiffness in the range 1 to 40 N, preferably from 5 to 35 N and in particular from 0 to 30 N can be obtained.
  • the thermoformed sheet configured as a substrate for a headliner, a modulus of elasticity (Young's modulus) in the range of 20 to 350 MPa measured according to EN ISO 14125 at a maximum
  • Bending stress preferably in the range of 30 to 280 MPa, more preferably in the range of 40 to 250 MPa.
  • the modulus of elasticity is a material characteristic from material technology and describes the
  • the elastic modulus of the thermoformed sheet can also be determined according to DIN EN ISO 178.
  • Test speed to 20mm / min, the sample size to 90mm X 75mm, the support distance to 80mm and the pre-load to 3N elastic moduli in the range 20 to 600 MPa, preferably from 30 to 500 MPa and especially from 40 to 450 MPa can be obtained.
  • the sheet designed as a substrate for a headliner has a modulus of elasticity (modulus of elasticity) in the range of 10 to 350 MPa measured according to EN ISO 14125 or DIN EN ISO 178 at a maximum bending stress and a
  • Temperature of 120 ° C preferably in the range of 15 to 250 MPa, more preferably in the range of 20 to 200 MPa, on. It is advantageous that the sheet has an increased mechanical strength at high temperatures. Preferably aging processes take place very slowly, so that the fabric also meets the high demands on components in the
  • the sheet is constructed in multiple layers.
  • the fabric preferably contains further layers in addition to the main body.
  • the other layers could as spunbond layers or
  • Staple fiber layer be configured.
  • the further layers differ from one another by their function, type of production, fiber type, containing polymers and / or by their color.
  • a combination of staple fiber layer and spunbonded layer leads to a voluminous fabric with the same basis weight.
  • the fabric could have further layers, which are configured as spunbond or staple fiber layer. This improves the acoustic properties.
  • thermoformed sheet a sandwich structure, wherein the outer layers contain the inventive sheet.
  • the middle layer could have a staple fiber layer or another spunbonded layer.
  • the sandwiched structure increases the flexural rigidity and gives the fabric excellent strength.
  • Staple fiber layer and SL for a spunbond layer SF / SL / SF; SF / SL; SL / SF.
  • the sheet according to the invention is due to its high bending stiffness at elevated temperature, its low weight and its sound absorption for the production of a component for a means of transport.
  • the sheet is suitable as a substrate for the interior of a means of transport, more preferably as a substrate for a
  • Headliner as a substrate for a door inner lining, as a substrate for a Hat rack and / or as a substrate in the outer region of a means of transport, more preferably as a substrate for a subfloor and as a substrate for a wheel arch.
  • a means of transport are cars, trucks, buses, trains, aircraft, ships, motor home, agricultural machinery and / or
  • the sheet is used as a substrate for the interior lining of a bus, a caravan, a camper, a ship, an airplane or a train.
  • the sheet is due to its mechanical strength and low weight for the aforementioned uses.
  • the sheet as a substrate for an inner lining of ship cabins and / or aircraft cabins due to its low weight.
  • the sheet material could be used to produce a component for a building, preferably as a substrate for mobile partitions in buildings. This use is due to the low weight of the sheet and its excellent acoustic properties.
  • Example 1 Production of a fabric according to the invention
  • PEN granules (Advanite 71001 from SASA) and copolyester granules (CS 123 N from FENC) are dried and then by means of a melt-spinning process to a mixture of monofilaments and
  • the processing temperature for Advanite is 300 ° C and for CS 123 N at 270 ° C.
  • a spinneret a 195 hole nozzle is used with a
  • Bicomponent fiber content of 60%.
  • the PEN is incorporated only in the sheath of the bicomponent fiber and the copolyester both in the core of the bicomponent fiber and in the monofilament.
  • Three different ratios of PEN / copolyester are produced in the bicomponent fiber.
  • Be component fibers 1-3 are shown in Figures 7a-c.
  • Fiber properties determined as follows:
  • thermo stability under temperature stress was examined as follows: A bicomponent fiber with a fiber length of 8 cm was stretched between two metal blocks with a distance of 4 cm and loaded centrally with a weight of 1 g. The fiber was tense. Thereafter, the temperature was raised to 100 ° C, which is above the Tg of the copolyester used and below the Tg of the PEN.
  • PET polyester mono-fiber
  • the experiment carried out has shown that a clear sagging of the PET monofilament can be observed even when reaching 100 ° C.
  • either one or two spunbonded webs were joined together with a staple fiber layer by means of a needle chair.
  • the staple fiber fleece was arranged in each case in the middle.
  • the hybrid materials were solidified by means of a belt dryer. Setting the belt dryer:
  • specimens of size 90mm X 75mm were punched out, and pressed at a temperature of 180 ° C to a thickness of 2.1-2.5 mm, the bending force according to DIN / EN 310 with a pre-load of 3 N and a Test speed of 20 mm, the modulus of elasticity according to DIN EN ISO 178 determined at the same Vorkraft and test speed.
  • Fig. 1 shows a sheet comprising a base body of a layer, wherein the layer contains fibers of two polymers
  • Fig. 2 shows a schematic arrangement of a thermoformable
  • Fig. 3 shows a further schematic arrangement of a
  • thermoformable sheet thermoformable sheet
  • Fig. 4 is a schematic arrangement of a two-ply
  • thermoformable sheet thermoformable sheet
  • Fig. 5 is a diagram in which the heating curve of the first
  • Polymer is compared with the second polymer
  • Fig. 6a is a trilobal fiber in cross-section
  • Fig. 6 b is another triloblae fiber in cross section.
  • Fig. 7 ac light micrographs of the fiber cross sections of three Bekomponentenmaschinen Embodiment of the invention
  • Fig. 1 shows a sheet 1, comprising a base body of a layer 2, wherein the layer 2 contains fibers of two polymers.
  • the layer 2 has a single-layered construction.
  • Fig. 2 shows a schematic arrangement of a thermoformable
  • the fabric 1 ' is multi-layered and contains in addition to the layer 2 more layers.
  • the layer 2 is a spunbonded layer
  • the fabric 1 ' has a layer 3 of staple fibers as the lowermost layer. On this layer 3, a layer 2 is arranged. On the layer 2 is another layer 3 of staple fibers. 3 shows a further schematic arrangement of a thermoformable sheet 1 " .
  • the sheet 1 " has a multilayer structure and, in addition to the layer 2, contains further layers.
  • the flat structure 1 " has, as the lowest layer, the layer 2. On this layer 2, a layer 3 is made
  • Staple fibers arranged. On the layer 3 of staple fibers is another layer. 2
  • Fig. 4 shows yet another schematic arrangement of a
  • thermoformable two-ply sheet V " The sheet 1 "' has the layer 2 as the lowermost layer. On this layer 2 is a
  • Staple fiber layer 3 is arranged.
  • Fig. 5 is a graph comparing the heating curve of the first polymer with the second polymer as a function of temperature.
  • the upper curve 4 shows the heating behavior of the first polymer and the lower curve 5 describes the heating behavior of the second polymer.
  • the softening temperature 6 of the first polymer is below the
  • the cold crystallization temperature 8 of the first polymer is below the softening temperature 7 of the second polymer.
  • Cold crystallization temperature 9 of the second polymer is above the cold crystallization temperature 8 of the first polymer.
  • FIG. 6 a shows in cross-section a trilobal fiber containing two polymers wherein the first polymer 10 is in the form of at least one segment embedded in a second polymer 11.
  • FIG. 6 b shows in cross section a trilobal fiber containing two polymers, wherein the first polymer 10 is present in the form of at least one segment which is at least partially bounded by the second polymer 11.

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Abstract

Ein Flächengebilde (1, 1', 1", 1'"), umfassend einen Grundkörper aus mindestens einer Lage (2, 3), wobei die mindestens eine Lage (2, 3) erste Fasern umfassend ein erstes Polymer (10) und zweite Fasern umfassend ein zweites Polymer (11) enthält oder wobei die mindestens eine Lage (2,3) einheitliche Fasern umfasst, welche ein erstes und ein zweites Polymer (10, 11) enthalten, ist im Hinblick auf die Aufgabe, ein Flächengebilde derart auszugestalten und weiterzubilden, dass dieses nach kostengünstiger Fertigung eine hohe Temperatur- und Lichtstabilität aufweist, recyclingfähig, mechanisch stark beanspruchbar und elastisch nachgiebig ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kaltkristallisationstemperatur (8) des ersten Polymers (10) bei der Erweichungstemperatur (7) des zweiten Polymers (11) oder unterhalb der Erweichungstemperatur (7) des zweiten Polymers (11) liegt.

Description

Flächengebilde mit hoher Temperaturstabilität
Beschreibung
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Flächengebilde, bevorzugt mit hoher
Temperaturstabilität, sowie dessen Verwendung zur Herstellung eines Bauteils für ein Transportmittel.
Stand der Technik
Flächengebilde der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt und finden auf vielen Gebieten Anwendung, wie beispielsweise in der Transportmittelindustrie. Derartige Flächengebilde enthalten
üblicherweise die unterschiedlichsten Materialien, wie beispielsweise
Glasfasern, Polyurethane oder Polyester.
Die US 3 966 526 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen für die Automobil-Innenauskleidung. Diese sind aus mehreren schaumartigen Schichten aus Polystyrolharz aufgebaut. Hierbei ist nachteilig, dass diese Bauteile nicht recyclingfähig sind und deren Entsorgung folglich mit hohen Kosten verbunden ist.
®SSTATIGU GSKOPIE Ein weiteres Bauteil für die Automobilindustrie, nämlich ein Dachhimmel, wird in der US 4 840 832 gezeigt. Der Dachhimmel weist Bikomponentenfasern aus Polyester mit einer niedrig schmelzenden Binderkomponente und einem hochschmelzenden stabilisierenden Polymer auf.
Aus der US 5 275 865 ist ein weiterer Dachhimmel für die
Automobilinnenauskleidung bekannt, wobei der Dachhimmel teilweise verstreckte Polyesterfasern enthält und kein Bindemittel aufweist. In der US 4 119 749 wird ein leichtgewichtiger Dachhimmel für die
Automobilinnenauskleidung beschrieben. Dieser weist einen mehrschichtigen Aufbau auf. Als Kernelement wird eine Schicht aus Polyurethanschaumstoff eingesetzt, wobei eine Seite der Polyurethanschaumstoffschicht mit einer weiteren Polyurethanschaumstoffschicht versehen ist. Die andere Seite wird mit einer Elastomerlösung imprägniert. Zum Entsorgen des Dachhimmels ist eine Trennung der einzelnen Schichten notwendig. Dies erhöht die
Entsorgungskosten. Auch ein Recyceln der Schaumstoffe ist aufgrund der ausgewählten Materialien nicht möglich. Die US 4 211 590 zeigt ein thermoverformbares Laminat aus einem
thermoplastischen Schaumkern. Nach dem Thermoverformen wird das Laminat durch Kühlen verhärtet. Ein derartiges Laminat wird zur Innenauskleidung eines Automobils, insbesondere als Dachhimmel, verwendet. Ein weiterer Dachhimmel für die Automobilinnenauskleidung ist aus der US 5 660 908 bekannt. Dieser besteht aus Polyethylenterephthalat und weist
Verstärkungsrippen auf. Hierbei ist nachteilig, dass dieser ungenügend thermisch stabil ist. Eine ausreichende thermische Stabilität kann durch einen komplizierten Aufbau erreicht werden. Dies erfordert ein aufwendiges und teures Herstellungsverfahren. Flächengebilde der eingangs genannten Art haben üblicherweise eine geringe Biegesteifigkeit bei erhöhter Temperatur, sind nicht recyclebar oder weisen eine hohe Steifigkeit bei geringer Elastizität bzw. Verformbarkeit auf. Dies erschwert die Verarbeitung eines solchen Flächengebildes, insbesondere die
Verarbeitung eines derartigen Flächengebildes zur Innenauskleidung eines Automobils, ist mit erheblichen Anstrengungen verbunden. Um eine
ausreichende Stabilität bei gleichbleibender Elastizität des Flächengebildes zu erreichen, ist ein konstruktiver und mehrschichtiger Aufbau notwendig. Dies erfordert ein aufwendiges und teures Herstellungsverfahren.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Flächengebilde der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass dieses nach kostengünstiger Fertigung eine hohe Biegesteifigkeit bei erhöhter
Temperatur aufweist, recyclingfähig, mechanisch stark beanspruchbar und elastisch nachgiebig ist. Dieses Flächengebilde soll insbesondere als Bauteil für ein Transportmittel Verwendung finden.
Die vorliegende Erfindung löst die zuvor genannte Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
Danach zeichnet sich das eingangs genannte Flächengebilde dadurch aus, dass es einen Grundkörper aus mindestens einer Lage umfasst, wobei die mindestens eine Lage erste Fasern umfassend ein erstes Polymer und zweite Fasern umfassend ein zweites Polymer enthält oder wobei die mindestens eine Lage einheitliche Fasern umfasst, welche ein erstes und ein zweites Polymer enthalten, wobei eine Kaltknstallisationstemperatur des ersten Polymers bei der Erweichungstemperatur des zweiten Polymers oder unterhalb der
Erweichungstemperatur des zweiten Polymers liegt. Unter Kaltkristallisation wird eine Kristallisation verstanden, die nach Erwärmen über die Erweichungs- bzw. Glasübergangstemperatur eintritt.
Unter Kaltknstallisationstemperatur wird die Temperatur verstanden, bei der ein erstes exothermes Maximum der freien Enthalpie auftritt. Unter exotherm wird eine Energiefreisetzung verstanden.
Unter Erweichungstemperatur, auch Glasübergangstemperatur genannt, wird die Temperatur verstanden, bei der ganz oder teilweise amorphe Polymere von einem hochviskosen oder gummielastischen, flexiblen Zustand in einen glasartigen oder hartelastischen Zustand übergehen. Die
Erweichungstemperatur wird erfindungsgemäß gemessen nach DIN 53765.
Unter einheitlichen Fasern wird verstanden, dass die Fasern die gleichen Polymere und den gleichen Fasertyp aufweisen.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass durch die Kaltkristallisation des ersten Polymers eine Stabilisierung des zweiten Polymers bei der
Erweichungstemperatur des zweiten Polymers oder unterhalb der
Erweichungstemperatur des zweiten Polymers auftritt. Hierdurch wird ein Flächengebilde mit ausreichend hoher mechanischer Festigkeit bei hohen Temperaturen erreicht. Ferner zeichnet sich das Flächengebilde durch hervorragende akustische Eigenschaften und ein geringes Gewicht aus. Folglich ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst.
Bevorzugt tritt eine Kaltkristallisation des ersten Polymers bei einer
Erweichungstemperatur des zweiten Polymers im Bereich von 70 bis 150 °C, bevorzugt im Bereich von 80 bis 140 °C, besonders bevorzugt im Bereich von 90 bis 130 °C, auf. Bei diesen Bedingungen wird ein Flächengebilde mit hoher Flexibilität und elastischer Nachgiebigkeit bei hohen Temperaturen erhalten. Bei diesen Temperaturen findet eine Stabilisierung des zweiten Polymers durch Kristallisation des ersten Polymers statt.
Bevorzugt tritt keine Differenz zwischen der Kalkristallisationstemperatur des ersten Polymers und der Erweichungstemperatur des zweiten Polymers auf. Die Differenz zwischen der Kaltkristallisationstemperatur des ersten Polymers und der Erweichungstemperatur des zweiten Polymers könnte aber auch im Bereich von 1 bis 100 °C, bevorzugt im Bereich von 2 bis 80 °C, besonders bevorzugt im Bereich von 3 bis 60 °C, liegen. Bei diesen Bedingungen wird eine besonders gute Stabilisierung des zweiten Polymers durch
Kaltkristallisation des ersten Polymers erzielt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegen die Erweichungstemperatur und/oder die Schmelztemperatur des zweiten Polymers über der
Erweichungstemperatur und/oder der Schmelztemperatur des ersten Polymers. Durch spezielle Auswahl der Polymere im Hinblick auf ihre
Erweichungstemperaturen sowie ihre Schmelztemperaturen wird eine
besonders gute Stabilisierung des ersten Polymers durch das zweite Polymer bis zur Erweichungstemperatur des zweiten Polymers erzielt. Ferner wird durch die spezielle Auswahl der Polymere und ihre Anordnung aufgrund der
Kaltkristallisation des ersten Polymers eine Temperaturstabilität des
Flächengebildes erreicht, die deutlich über der Erweichungstemperatur und der Schmelztemperatur beider Polymere liegt. Die Differenz zwischen den Erweichungstemperaturen gemessen nach DIN 53765 des ersten und zweiten Polymers kann in weiten Bereichen variieren. Zweckmäßigerweise beträgt die Differenz der Erweichungstemperaturen von dem erstem und dem zweitem Polymer mindestens 15 °C, bevorzugt
mindestens 20 °C, besonders bevorzugt mindestens 25 °C. Bevorzugt werden Polymere mit einer Temperaturdifferenz von 15 bis 450 °C, bevorzugter von 20 bis 150 °C, besonders bevorzugt von 25 bis 100 °C, eingesetzt. Praktische Versuche haben gezeigt, dass bei diesen Werten eine besonders hohe
Temperaturstabilität des Flächengebildes erreicht werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Differenz der Schmelztemperaturen von dem ersten und dem zweiten Polymer mindestens 5 °C, bevorzugt mindestens 10 °C, besonders bevorzugt mindestens 15 °C. Bevorzugt werden Polymere mit einer Temperaturdifferenz von 5 bis 200 °C, noch bevorzugter von 10 bis 150 °C, besonders bevorzugt von 15 bis 120 °C, verwendet. Diese Differenz der Schmelztemperaturen beider Polymere führt zu einer guten Temperaturstabilität und zu einem guten Durchbiegungsverhalten des Flächengebildes.
Als Polymere können die verschiedensten Materialien eingesetzt werden.
Vorzugsweise sind die Polymere schmelzspinnbar. Bevorzugt ist zu mindestens eines der Polymere ein Polyester ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyethylenterephthalat, Polypropylenterephthalat,
Polytetramethylenterephthalat, Poly(decamethylen)-terephthalat, Poly-1 ,4- cyclohexylendimethylterephthalat, Polybutylenterephthalat,
Polyethylennaphthalat, Polyglykolsäure, Polylaktide, Polycaprolactone,
Polyethylenadipate, Polyhydroxyalkanoate, Polyhydroxybutyrate, Poly-3- hydroxybutyrat-co-3-hydroxyvalerate, Polytrimethylenterephthalate, Vektrane, Polyethylennaphthalat deren Copolymere und/oder deren Gemische.
Flächengebilde aus den zuvor genannten Polymeren lassen sich gut recyceln.
Höchst bevorzugt ist das erste Polymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polypropylenterephthalat, Polytetramethylenterephthalat,
Poly(decamethylen)-terephthalat, Poly-1 ,4-cyclohexylendimethylterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polyethylenterephthalat, noch bevorzugter Polypropylenterephthalat, Polytetramethylenterephthalat ,
Polyethylenterephthalat, deren Copolymere und/oder deren Gemische.
Weiterhin höchst bevorzugt ist das zweite Polymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Poly(decamethylen)terephthalat, Poly-1 ,4-cyclohexylendimethyl- terephthalat, Polybutylenterephthalat, Polyethylennaphthalat, bevorzugter Polyethylennaphthalat, Polybutylenterephthalat, deren Copolymere und/oder deren Gemische. Durch geeignete Wahl der verwendeten Polymere können die Temperaturstabilität sowie die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Elastizität, Verformbarkeit und Festigkeit des Flächengebildes, beeinflusst werden. Dies ermöglicht einen maßgeschneiderten Einsatz des
Flächengebildes im Hinblick auf die unterschiedlichsten Anwendungen, bevorzugt für Anwendungen des Flächengebildes als Substrat zur
Innenauskleidung von Transportmitteln und als Verkleidungsmaterial im
Außenbereich.
Ganz besonders bevorzugt ist das erste Polymer ein Polyester ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyglykolsäure, Polylaktide, Polycaprolactone, Polyethylenadipate, Polyhydroxyalkanoate, Polyhydroxybutyrate, Poly-3- hydroxybutyrat-co-3-hydroxyvalerate, Polyethylenterephthalat,
Polypropylenterephthalat, Polybutylenterephthalat,
Polytrimethylenterephthalate, Vektrane, Polytetramethylenterephthalat,
Poly(decamethylen)-terephthalat, Poly-1 ,4-cyclohexylendimethylterephthalat, Polyethylennaphthalat, deren Copolymere und/oder deren Gemische und das zweite Polymer enthält Polyethylennaphthalat.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält das erste Polymer
Polyethylenterephthalat und/oder Co-Polyethylenterephthalat und das zweite Polymer enthält Polyethylennaphthalat. Bevorzugt weist das erste Polymer eine Kaltkristallisationstemperatur im
Bereich von 70 bis 150 °C, bevorzugter im Bereich von 80 bis 140 °C, höchst bevorzugt im Bereich von 90 bis 130 °C, auf. Diese Polymere weisen eine hohe Temperaturstabilität auf und führen zu einem guten Durchbiegeverhalten des Flächengebildes.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das zweite Polymer eine Erweichungstemperatur im Bereich von 70 bis 150 °C, bevorzugter im Bereich von 80 bis 140 °C, höchst bevorzugt im Bereich von 90 bis 130 °C, auf. Hierbei tritt eine besonders gute Stabilisierung des zweiten Polymers durch Kaltkristallisation des ersten Polymers auf.
Praktische Versuche haben gezeigt, dass besonders hohe Steifigkeiten erreicht werden, wenn das erste Polymer einen geringeren Elastizitätsmodul als das zweite Polymer aufweist. Der Elastizitätsmodul ist ein Materialkennwert aus der Werkstofftechnik und beschreibt den Zusammenhang zwischen Spannung und Dehnung bei der Verformung eines festen Körpers bei linear elastischem
Verhalten. Der Elastizitätsmodul des ersten Polymers könnte im Bereich von 400 bis 1300 MPa, bevorzugt im Bereich von 500 bis 1200 MPa, besonders bevorzugt im Bereich von 700 bis 000 MPa, liegen.
Das zweite Polymer könnte einen hohen Elastizitätsmodul aufweisen.
Bevorzugt beträgt der Elastizitätsmodul des zweiten Polymers 1400 bis
3000 MPa, bevorzugter 1600 bis 2500 MPa, besonders bevorzugt 2000 bis 2200 MPa. Hierdurch wird eine hervorragende Biegesteifigkeit bei erhöhter Temperatur erreicht.
Bevorzugt enthält mindestens eine Faser mindestens zwei Polymere, wobei das erste Polymer in Form von mindestens einem Segment vorliegt, welches in dem zweiten Polymer eingebettet ist und/oder von dem zweiten Polymer zumindest teilweise berandet ist. Hierdurch wird eine Stabilisierung des ersten Polymers durch das zweite Polymer unter hohen Temperaturen erreicht bis eine Kaltkristallisation des ersten Polymers eintritt. Zweckmäßigerweise liegen im Flächengebilde Segmente aus einem ersten Polymer vor, die im Querschnitt kreisförmig, oval, n-eckig, trilobal oder multilobal ausgebildet sind, welche in dem zweiten Polymer eingebettet sind und/oder von dem zweiten Polymer zumindest teilweise berandet sind.
Aufgrund der alternierenden Anordnung der einzelnen Segmente entsteht eine optimale und gleichmäßige Anordnung des ersten Polymers in Form von
Segmenten, die im zweiten Polymer eingebettet sind und/oder von dem zweiten Polymer zumindest teilweise berandet sind. Bevorzugt sind runde Segmente, die besonders bevorzugt koaxial angeordnet sind. Diese isotrope Anordnung bewirkt ein gutes Kraftaufnahmeverhalten.
Die Fasern könnten eine Kern/Mantel-Geometrie aufweisen. Bei einer
Kern/Mantel-Geometrie wird das erste Polymer im Kern als ein Fadenstrang von dem zweiten Polymer umgeben. Bevorzugt enthält der Kern
Polypropylenterephthalat, Polytetramethylenterephthalat, Poly(decamethylen)- terephthalat, Poly-1 ,4-cyclohexylendimethylterephthalat,
Polybutylenterephthalat, Polyethylenterephthalat, bevorzugter
Polypropylenterephthalat, Polytetramethylenterephthalat ,
Polyethylenterephthalat, deren Copolymere und/oder deren Gemische und der Mantel enthält bevorzugt Poly(decamethylen)terephthalat, Poly-1 ,4- cyclohexylendimethyl-terephthalat, Polybutylenterephthalat,
Polyethylennaphthalat, noch bevorzugter Polyethylennaphthalat,
Polybutylenterephthalat, deren Copolymere und/oder deren Gemische. Bei diesen Geometrien ist das erste Polymer vorteilhafterweise besonders homogen in dem zweiten Polymer eingebettet und diese Geometrien führen zu einer besonders dichten Struktur. Zweckmäßigerweise sind die Fasern als Monofasern ausgestaltet. Hierbei ist vorteilhaft, wenn das zweite Polymer mit dem ersten Polymer verklebt ist und das erste Polymer als Bindefaser eine adhäsive Bindung zwischen den Fasern des ersten und zweiten Polymers erzeugt. Hierdurch kann die mechanische Festigkeit des Flächengebildes erhöht werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Fasern eine Kern/Mantel- Geometrie auf, wobei die Fasern nur ein Polymer enthalten.
Bevorzugt weist der Kern kein Polymer auf. Hierbei handelt es sich um
Hohlfasern. Hierbei ist vorteilhaft, dass ein Flächengebilde mit einem geringen Gewicht und einer hohen mechanischen Festigkeit erreicht wird.
Weiterhin bevorzugt ist das Polymer der Hohlfaser ein Polyester ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polypropylenterephthalat,
Polytetramethylenterephthalat, Poly(decamethylen)-terephthalat, Poly- ,4- cyclohexylendimethylterephthalat, Polybutylenterephthalat,
Polyethylenterephthalat, Polypropylenterephthalat,
Polytetramethylenterephthalat , Polyethylenterephthalat, Polyethylennaphthalat deren Copolymere und/oder deren Gemische. Höchst bevorzugt enthält das Polymer der Hohlfaser Polyethylennaphthalat.
Höchst bevorzugt weist das Polymer der Hohlfaser eine
Erweichungstemperatur im Bereich von 70 bis 150 °C, bevorzugter im Bereich von 80 bis 140 °C, höchst bevorzugt im Bereich von 90 bis 130 °C, auf.
Hierdurch wird ein besonders stabiles Flächengebilde mit einem geringen Gewicht erhalten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Gewichtsverhältnis aus erstem zu zweitem Polymer in einem Bereich von 50:50 bis 95:5, bevorzugt in einem Bereich von 60:40 bis 95:5, besonders bevorzugt in einem Bereich von 65:35 bis 90:10. Vorteilhafterweise reicht schon ein geringer Anteil des
Polymers mit höherer Erweichungs- bzw. Schmelztemperatur aus, um eine optimale Stabilisierung des Polymers mit niedrigerer Erweichungs- bzw.
Schmelztemperatur zu erhalten. Ferner können die Herstellungskosten mit einem geringen Anteil an zweitem Polymer reduziert werden, da es sich bei diesem üblicherweise um die teurere Komponente handelt.
Bevorzugt liegt der Faserdurchmesser im Bereich von 0,1 bis 20 dtex, bevorzugter im Bereich von 1 bis 15 dtex, besonders bevorzugt im Bereich von 3 bis 12 dtex. Besonders bevorzugt wird das zweite Polymer als Minoritätskomponente eingesetzt. Hierbei ist vorteilhaft, dass die üblicherweise teure zweite Polymerkomponente materialsparend eingesetzt werden kann, um die Stabilität des Flächengebildes zu erhöhen.
Desweiteren kann durch die Verwendung eines ersten Polymers, welches die Hohlräume zwischen den Fasern teilweise oder gänzlich ausfüllt, die Stabilität des Flächengebildes zusätzlich erhöht werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Grundkörper keine weiteren Fasern. Denkbar ist, dass der Grundkörper weitere Fasern aufweisen könnte. Diese Fasern sind bevorzugt als Monofasern ausgestaltet. Bevorzugt beträgt der Anteil an weiteren Fasern bezogen auf das Gesamtgewicht des Grundkörpers 1 bis 80 Gew.-%, bevorzugter 10 bis 70 Gew.-%, besonders bevorzugt 20 bis 60 Gew.-%.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die weiteren Fasern ein Polymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Polyester, Polyolefinen, Polyamid, Polyamid 66 (Nylon®), Polyamid 6 (Perlon®), bevorzugt Polyethylenterephthalat, Polypropylenterephthalat, deren Copolymere und/oder deren Gemische.
Die Fasern könnten als Bindefasern ausgestaltet sein. Die Bindefaser erzeugt eine adhäsive Bindung, wodurch die Festigkeit des Flächengebildes erhöht wird.
Die Lagen, bevorzugt die mindestens eine Lage und/oder die weiteren Lagen des Grundkörpers, könnten als Gelege, Gewebe, Gestricke, Gewirke, Film, Folie, Vlies, oder Vliesstoff ausgestaltet sein. Hierdurch wird ein Flächengebilde mit mechanischer Festigkeit erhalten.
Der Grundkörper könnte einen Verbundstoff aufweisen, welcher die mindestens eine Lage enthält. Hierdurch wird die mechanische Festigkeit des
Flächengebildes erhöht.
Denkbar ist, dass das Flächengebilde eine Verstärkungslage aufweist.
Bevorzugt weist das Flächengebilde keine Verstärkungslage auf. Hierdurch wird ein Flächengebilde mit hoher mechanischer Festigkeit und geringem Gewicht erhalten.
Vor diesem Hintergrund ist auch denkbar, das Flächengebilde einer
Behandlung oder Veredelung chemischer Art zu unterziehen, wie
beispielsweise bedarfsweise einer Hydrophilierung, einer antistatischen
Behandlung, einer Behandlung zur Verbesserung der Feuerfestigkeit oder der Lichtstabilität und/oder zur Veränderung der taktilen Eigenschaften oder des Glanzes, und/oder einer Behandlung zur Veränderung des Aussehens wie Färben oder Bedrucken. Das Flächengewicht kann in weiten Bereichen schwanken. Bevorzugt weist das Flächengebilde ein Flächengewicht gemäß DIN EN 29073-1 im Bereich von 50 bis 4000 g/m2, bevorzugter im Bereich von 80 bis 3000 g/m2, besonders bevorzugt im Bereich von 100 bis 2500 g/m2 auf. Flächengebilde mit den zuvor genannten Flächengewichten verfügen über eine hervorragende Stabilität.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Flächengebilde als Substrat für einen Dachhimmel verwendet. Bei dieser Verwendung weist das Flächengebilde bevorzugt ein Flächengewicht im Bereich von 500 bis
2500 g/m2, bevorzugter im Bereich von 100 bis 000 g/m2, höchst bevorzugt im Bereich von 200 bis 800 g/m2, auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Flächengebilde eine
Dicke gemäß DIN EN 9073-2 von 0,5 bis 300 mm, noch bevorzugter von 1 bis 200 mm, besonders bevorzugt von 1 bis 150 mm, auf. Derartige
Flächengebilde lassen sich aufgrund ihrer geringen Dicke und guten
Verformbarkeit besonders gut verarbeiten.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine
Bikomponentenfaser, welche ein erstes und ein zweites Polymer enthält, wobei eine Kaltkristallisationstemperatur des ersten Polymers bei der
Erweichungstemperatur des zweiten Polymers oder unterhalb der
Erweichungstemperatur des zweiten Polymers liegt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Flächengebilde einer Thermoverformung unterworfen, wobei ein thermoverformtes Flächengebilde erhalten wurde. Beim Thermoformen werden thermoplastische Kunststoff umgeformt. Das thermoverformte Flächengebilde könnte durch ein Verfahren umfassend die folgenden Verfahrensschritte: a) Erhitzen des Flächengebildes,
b) Einführen des Flächengebildes in ein Formwerkzeug,
c) Verpressen im Formwerkzeug und
d) Herauslösen des Flächengebildes aus dem Formwerkzeug, erhältlich sein.
Das Formwerkzeug könnte auf eine Temperatur im Bereich von 20 bis 300 °C, bevorzugt im Bereich von 20 bis 250 °C erhitzt werden. Das Formwerkzeug weist zweckmäßigerweise zwei Halbteile auf. Die beiden Halbteile des
Formwerkzeugs können beim Verpressen an verschiedenen Punkten der Verpressfläche den gleichen Abstand oder unterschiedliche Abstände zueinander aufweisen. Praktische Versuche haben gezeigt, dass dem
thermoverformbaren Flächengebilde unter diesen Bedingungen eine erhöhte Biegesteifigkeit bei erhöhter Temperatur verliehen wird.
Die Biegesteifigkeit des Flächengebildes kann in weiten Bereichen variieren. Bevorzugt wird das Flächengebilde zur Herstellung eines Bauteils für ein Transportmittel, insbesondere als Substrat für einen Dachhimmel verwendet. Derartige Flächengebilde weisen bevorzugt eine Biegesteifigkeit im Bereich von 1 bis 40 N/mm2 gemessen nach DIN EN ISO 14125 bei einer maximalen Biegespannung, bevorzugter im Bereich von 1 bis 25 N/mm2, besonders bevorzugt im Bereich von 2 bis 20 N/mm2, höchst bevorzugt im Bereich von 4 bis 15 N/mm2, auf. Flächengebilde mit den zuvor genannten Biegesteifigkeiten zeichnen sich bei ausreichender Stabilität durch eine hervorragende
Verformbarkeit aus.
Die Biegesteifigkeit des thermoverformten Flächengebildes kann auch gemäß DIN/EN 310 bestimmt werden. Bei Einstellung der Prüfgeschwindigkeit auf 20mm/min, der Probengröße auf 90mm X 75mm, der Auflagedistanz auf 80mm und der Vorkraft auf 3N können Biegesteifigkeiten im Bereich 1 bis 40 N, bevorzugt von 5 bis 35 N und insbesondere von 0 bis 30 N erhalten werden. Desweiteren könnte das thermoverformte Flächengebilde ausgestaltet als Substrat für einen Dachhimmel einen Elastizitätsmodul (E-Modul) im Bereich von 20 bis 350 MPa gemessen nach EN ISO 14125 bei einer maximalen
Biegespannung, bevorzugt im Bereich von 30 bis 280 MPa, besonders bevorzugt im Bereich von 40 bis 250 MPa, aufweisen. Der Elastizitätsmodul ist ein Materialkennwert aus der Werkstofftechnik und beschreibt den
Zusammenhang zwischen Spannung und Dehnung bei der Verformung eines festen Körpers bei linear elastischem Verhalten.
Das Elastizitätsmodul des thermoverformten Flächengebildes kann auch gemäß Din EN ISO 178 bestimmt werden. Bei Einstellung der
Prüfgeschwindigkeit auf 20mm/min, der Probengröße auf 90mm X 75mm, der Auflagedistanz auf 80mm und der Vorkraft auf 3N können Elastizitätsmodule im Bereich 20 bis 600 MPa, bevorzugt von 30 bis 500 MPa und insbesondere von 40 bis 450 MPa erhalten werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Flächengebilde ausgestaltet als Substrat für einen Dachhimmel einen Elastizitätsmodul (E- Modul) im Bereich von 10 bis 350 MPa gemessen nach EN ISO 14125 oder nach DIN EN ISO 178 bei einer maximalen Biegespannung und einer
Temperatur von 120 °C, bevorzugt im Bereich von 15 bis 250 MPa, besonders bevorzugt im Bereich von 20 bis 200 MPa, auf. Hierbei ist vorteilhaft, dass das Flächengebilde bei hohen Temperaturen eine erhöhte mechanische Festigkeit besitzt. Bevorzugt laufen Alterungsprozesse sehr langsam ab, so dass das Flächengebilde auch den hohen Anforderungen an Bauteilen in der
Automobilindustrie standhält. Eine Oberfläche darf beispielsweise bei einer Heißlichtalterung bei 120 °C über mehrere Monate keine Farbänderung oder Narbenbildung zeigen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Flächengebilde mehrlagig aufgebaut. Bevorzugt enthält das Flächengebilde neben dem Grundkörper weitere Lagen. Die weiteren Lagen könnten als Spinnvlieslagen oder
Stapelfaserlage ausgestaltet sein. Die weiteren Lagen unterscheiden sich voneinander durch ihre Funktion, Herstellungsart, Faserart, enthaltenden Polymere und/oder durch ihre Farbe. Eine Kombination aus Stapelfaserlage und Spinnvlieslage führt zu einem voluminösen Flächengebilde bei gleichem Flächengewicht. Ferner könnte das Flächengebilde weitere Lagen aufweisen, die als Spinnvlies- oder Stapelfaserlage ausgestaltet sind. Hierdurch werden die akustischen Eigenschaften verbessert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das
thermoverformte Flächengebilde eine Sandwichstruktur auf, wobei die äußeren Lagen das erfindungsgemäße Flächengebilde enthalten. Die mittlere Lage könnte eine Stapelfaserlage oder eine weitere Spinnvlieslage aufweisen.
Vorteilhafterweise erhöht der sandwichartige Aufbau die Biegesteifigkeit und verleiht dem Flächengebilde eine ausgezeichnete Festigkeit.
Folgende weitere Abfolgen sind denkbar. Im Folgenden steht SF für
Stapelfaserlage und SL für eine Spinnvlieslage: SF/SL/SF; SF/SL; SL/SF.
Diese Abfolgen könnten auch mit Lagen kombiniert werden wie sie oben beschrieben sind. Das erfindungsgemäße Flächengebilde eignet sich aufgrund seiner hohen Biegesteifigkeit bei erhöhter Temperatur, seines geringen Gewichtes und seiner Schallabsorption zur Herstellung eines Bauteils für ein Transportmittel. Besonders bevorzugt eignet sich das Flächengebilde als Substrat für den Innenausbau eines Transportmittels, bevorzugter als Substrat für einen
Dachhimmel, als Substrat für eine Türinnenverkleidung, als Substrat für eine Hutablage und/oder als Substrat im Außenbereich eines Transportmittels, bevorzugter als Substrat für einen Unterboden und als Substrat für einen Radkasten. Unter Transportmittel werden Autos, Lastkraftwagen, Busse, Bahnen, Flugzeuge, Schiffe, Wohnmobil, Agrarmaschinen und/oder
Wohnwagen verstanden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Flächengebilde als Substrat zur Innenauskleidung eines Busses, eines Wohnwagens, eines Wohnmobils, eines Schiffes, eines Flugzeuges oder einer Bahn verwendet. Das Flächengebilde eignet sich aufgrund seiner mechanischen Festigkeit und seines geringen Gewichts für die zuvor genannten Verwendungen.
Weiter denkbar ist die Verwendung des Flächengebildes als Substrat für eine Innenauskleidung von Schiffskabinen und/oder Flugzeugkabinen aufgrund seines geringen Gewichts.
Weiterhin könnte das Flächengebilde zur Herstellung eines Bauteils für ein Gebäude, bevorzugt als Substrat für mobile Zwischenwände in Gebäuden verwendet werden. Diese Verwendung beruht auf dem geringen Gewicht des Flächengebildes und seiner hervorragenden akustischen Eigenschaften.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer die Erfindung nicht beschränkender Beispiele näher erläutert. Beispiel 1 : Herstellung eines erfindungsgemäßen Flächengebildes
PEN-Granulat (Advanite 71001 der Firma SASA) und Copolyestergranulat (CS 123 N der Firma FENC) wird getrocknet und anschließend mittels eines Schmelzspinnverfahrens zu einem Gemisch von Monofasern und
Bikomponentenfaseran gesponnen. Die Verabeitungstemperatur für Advanite liegt bei 300 °C und für CS 123 N bei 270 °C. Als Spinndüse wird eine 195 Loch Düse verwendet mit einem
Bikomponentenfaseranteil von 60 %. Das PEN wird ausschließlich in den Mantel der Bikomponentenfaser eingebracht und der Copolyester sowohl in den Kern der Bikomponentenfaser als auch in die Monofaser. Es werden drei unterschiedliche Verhältnisse an PEN/ Copolyester in der Bikomponentenfaser erzeugt.
1. 30 % PEN (Mantel) 70 % Copolyester (Kern)
2. 25 % PEN (Mantel) 85 % Copolyester (Kern)
3. 20 % PEN (Mantel) 80 % Copolyester (Kern)
Lichtmikroskopische Aufnahmen der Faserquerschnitte der obigen
Bekomponentenfasern 1-3 werden in den Figuren 7a-c gezeigt.
Beispiel 2: Bestimmung relevanter Faserparamter
Von den ersponnenen Bikomponentenfasern werden einige relevante
Fasereigenschaften wie folgt bestimmt:
Feinheit: 8,5 dtex
Festigkeit: 21 ,54 cN/tex
Dehnung: 10,19 %
Kochschrumpf: 3,25 %
Ferner wurde die thermische Stabilität unter Temperaturbelastung wie folgt untersucht: Es wurde eine Bikomponentenfaser einer Faserlänge 8 cm zwischen zwei Metallblöcken mit dem Abstand 4 cm aufgespannt und mit einem Gewicht von 1 g mittig belastet. Die Faser war gespannt. Hierauf wurde die Temperatur auf 100 °C erhöht, dies liegt überhalb des Tg des verwendeten Copolyester und unterhalb des Tg des PEN. Ein
Durchhängen der Bikomponentenfaser wurde nicht beobachten. Im nächsten Schritt wurde die Temperatur auf 125 °C erhöht, diese Temperatur liegt im Erweichungsbereich des PEN. Es wurde ebenfalls kein Durchhängen beobachtet. Im letzten Schritt wurde die Temperatur auf 140 °C erhöht. Diese Temperatur liegt oberhalb des Erweichungsbereich des Polyesters. Bei dieser Temperatur wurde ein lediglich minimales Durchhängen beobachtet.
Da der Copolyester bereits in einem Bereich von 55-65 °C erweicht, wurde als Referenz eine Standardpolyestermonofaser (PET) verwendet. Der
durchgeführte Versuch hat gezeigt, dass bereits beim Erreichen von 100 °C ein deutliches Durchhängen der PET-Monofaser zu beobachten ist.
Beispiel 3: Herstellung von mehrlagigen Hybridmaterialien
Aus dem in Beispiel 1 hergestellten Spinnvlies wurde zusammen mit einer Stapelfaserlage als Verstärkungslage bestehend aus Bikomponentenfasern (LMF50 der Firma Huvis, PET/CoPET, 4,4 dtex, 64 mm) sowohl zweilagige als auch dreilagige Hybridmaterialien hergestellt.
Hierzu wurde entweder eine oder zwei Spinnvliese zusammen mit einer Stapelfaserlage mit Hilfe eines Nadelstuhls verbunden. In den dreitägigen Hybridmaterialen wurde das Stapelfaservlies jeweils mittig angeordnet. Es wurden sechs unterschiedliche Hybridmaterialien mit folgenden
Einstellungen für den Nadelstuhl hergestellt:
Hub 1000 min-1
Einstichtiefe 10 mm
Geschwindigkeit 4 m
15X18X40X3,5
Nadelbrett
(Singer)
Erhaltene Hybridmaterial
Anzahl
Lagen Flächengewicht
2 410 g/m2
2 480 g/m2
2 530 g/m2
2 640 g/m2
3 470 g/m2
3 510 g/m2
Im Anschluss an die Vernadelung wurden die Hybridmaterialien mittels eines Bandtrockners verfestigt. Einstellung des Bandtrockners:
Geschw. 1 m
Temp. Kammer
230 °C
1
Temp. Kammer
230 °C
2
Umluft 1 100%
Umluft 2 100% Düsenverstellun
1 ,5 cm
9 1
Düsenverstellun
1 ,5 cm
9 2
Abluft 80%
Erhaltene verfestigte Hybridmaterialien
Anzahl Massenzunahme / g Massenzunahme / %
Lagen Flächengewicht
2 440 g/m2 30 7,3
2 520 g/m2 40 8,3
2 580 g/m2 50 9,4
2 700 g/m2 60 8,6
3 510 g/m2 40 8,5
3 560 g/m2 50 9,8
Aus den erhaltenen Hybridmaterialien wurden Probekörper der Größe 90mm X 75mm ausgestanzt, und bei einer Temperatur von 180 °C auf eine Dicke von 2,1-2,5 mm verpresst, die Biegekraft nach DIN/EN 310 mit einer Vorkraft von 3 N und einer Prüfgeschwindigkeit von 20 mm, das E-Modul nach DIN EN ISO 178 bei gleicher Vorkraft und Prüfgeschwindigkeit bestimmt.
E-Modul / Biegekraft / Weg /
Flächengewicht
MPa N mm
440 g/m2 105 4,7 4,4
520 g/m2 136 6,4 8,1
580 g/m2 171 7,9 10,2
700 g/m2 232 16,3 12,5
510 g/m2 151 6,5 8,3
560 g/m2 142 7,7 9,6 Kurzbeschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 ein Flächengebilde, umfassend einen Grundkörper aus einer Lage, wobei die Lage Fasern aus zwei Polymeren enthält, Fig. 2 eine schematische Anordnung eines thermoverformbaren
Flächengebildes,
Fig. 3 eine weitere schematische Anordnung eines
thermoverformbaren Flächengebildes,
Fig. 4 eine schematische Anordnung eines zweilagigen
thermoverformbaren Flächengebildes,
Fig. 5 ein Diagramm, in welchem die Aufheizkurve des ersten
Polymers mit dem zweiten Polymer verglichen wird,
Fig. 6a eine trilobale Faser im Querschnitt und
Fig. 6 b eine weitere triloblae Faser im Querschnitt.
Fig. 7 a-c Lichtmikroskopische Aufnahmen der Faserquerschnitte dreier Bekomponentenfasern Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt ein Flächengebilde 1 , umfassend einen Grundkörper aus einer Lage 2, wobei die Lage 2 Fasern aus zwei Polymeren enthält.
Die Lage 2 weist einen einlagigen Aufbau auf.
Fig. 2 zeigt eine schematische Anordnung eines thermoverformbaren
Flächengebildes 1 '. Das Flächengebilde 1 ' ist mehrlagig aufgebaut und enthält neben der Lage 2 weitere Lagen. Die Lage 2 ist als Spinnvlieslage
ausgestaltet. Das Flächengebilde 1 ' weist als unterste Schicht eine Lage 3 aus Stapelfasern auf. Auf dieser Lage 3 ist eine Lage 2 angeordnet. Auf der Lage 2 befindet sich eine weitere Lage 3 aus Stapelfasern. Fig. 3 zeigt eine weitere schematische Anordnung eines thermoverformbaren Flächengebildes 1 ". Das Flächengebilde 1 " ist mehrlagig aufgebaut und enthält neben der Lage 2 weitere Lagen. Das Flächengebilde 1 " weist als unterste Schicht die Lage 2 auf. Auf dieser Lage 2 ist eine Lage 3 aus
Stapelfasern angeordnet. Auf der Lage 3 aus Stapelfasern befindet sich eine weitere Lage 2.
Fig. 4 zeigt noch eine weitere schematische Anordnung eines
thermoverformbaren zweilagigen Flächengebildes V". Das Flächengebilde 1 " ' weist als unterste Schicht die Lage 2 auf. Auf dieser Lage 2 ist eine
Stapelfaserlage 3 angeordnet.
Fig. 5 zeigt ein Diagramm, in welchem die Aufheizkurve des ersten Polymers mit dem zweiten Polymer in Abhängigkeit der Temperatur verglichen wird. Die obere Kurve 4 zeigt das Aufheizverhalten des ersten Polymers und die untere Kurve 5 beschreibt das Aufheizverhalten des zweiten Polymers. Die Erweichungstemperatur 6 des ersten Polymers liegt unterhalb der
Erweichungstemperatur 7 des zweiten Polymers.
Die Kaltkristallisationstemperatur 8 des ersten Polymers liegt unterhalb der Erweichungstemperatur 7 des zweiten Polymers. Die
Kaltkristallisationstemperatur 9 des zweiten Polymers liegt oberhalb der Kaltkristallisationstemperatur 8 des ersten Polymers.
Fig. 6 a zeigt im Querschnitt eine trilobale Faser, die zwei Polymere enthält, wobei das erste Polymer 10 in Form von mindestens einem Segment vorliegt, welches in einem zweiten Polymer 11 eingebettet ist. Fig. 6 b zeigt im Querschnitt eine trilobale Faser, die zwei Polymere enthält, wobei das erste Polymer 10 in Form von mindestens einem Segment vorliegt, welches von dem zweiten Polymer 11 zumindest teilweise berandet ist.

Claims

Patentansprüche
Flächengebilde (1 , Γ, 1 ", 1 "'), umfassend einen Grundkörper aus mindestens einer Lage (2,3), wobei die mindestens eine Lage (2,3) erste Fasern umfassend ein erstes Polymer (10) und zweite Fasern
umfassend ein zweites Polymer (11) enthält oder wobei die mindestens eine Lage (2,3) einheitliche Fasern umfasst, welche ein erstes und ein zweites Polymer (10,11) enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kaltkristallisationstemperatur (8) des ersten Polymers (10) bei der Erweichungstemperatur (7) des zweiten Polymers (11) oder unterhalb der Erweichungstemperatur (7) des zweiten Polymers (11) liegt.
Flächengebilde nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Erweichungstemperatur (7) und/oder die Schmelztemperatur des zweiten Polymers (11) über der Erweichungstemperatur (6) und/oder der Schmelztemperatur des ersten Polymers (10) liegt.
Flächengebilde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz der Erweichungstemperaturen (6,7) von dem ersten und dem zweiten Polymer (10,11) gemessen nach DIN 53765 mindestens 15 °C beträgt, bevorzugt mindestens 20 °C, besonders bevorzugt
mindestens 25 °C, beträgt.
Flächengebilde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz der Schmelztemperaturen von dem ersten und dem zweiten Polymer (10,11) mindestens 5 °C, bevorzugt mindestens 10 °C, besonders bevorzugt mindestens 15 °C, beträgt.
Flächengebilde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu mindestens eines der Polymere (10,11) ein Polyester ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus
Polyethylenterephthalat, Polypropylenterephthalat,
Polytetramethylenterephthalat, Poly(decamethylen)-terephthalat, Poly- 1 ,4-cyclohexylendimethylterephthalat, Polybutylenterephthalat,
Polyethylennaphthalat, Polyglykolsäure, Polylaktide, Polycaprolactone, Polyethylenadipate, Polyhydroxyalkanoate, Polyhydroxybutyrate, Poly-3- hydroxybutyrat-co-3-hydroxyvalerate, Polytrimethylenterephthalate, Vektrane, Polyethylennaphthalat deren Copolymere und/oder deren Gemische.
Flächengebilde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Polymer (10) eine
Kaltkristallisationstemperatur (8) im Bereich von 70 bis 150 °C, bevorzugter im Bereich 80 bis 140 °C, höchst bevorzugt 90 bis 130 °C aufweist.
Flächengebilde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Polymer (11) eine
Erweichungstemperatur (7) im Bereich von 70 bis 150 °C, bevorzugter im Bereich von 80 bis 140 °C, höchst bevorzugt im Bereich von 90 bis 130 °C, aufweist.
Flächengebilde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Faser mindestens zwei Polymere enthält, wobei das erste Polymer (10) in Form von mindestens einem Segment vorliegt, welches in einem zweiten (11) Polymer eingebettet ist und/oder von dem zweiten Polymer (11) zumindest teilweise berandet ist. Flächengebilde nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Flächengebilde Segmente aus dem ersten Polymer (10) vorliegen, die im Querschnitt kreisförmig, oval oder n-eckig, trilobal oder multilobal ausgebildet sind, welche in dem zweiten Polymer (11) eingebettet sind und/oder von dem zweiten Polymer (11) zumindest teilweise berandet sind.
Flächengebilde nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch
gekennzeichnet, dass die Fasern eine Kern/Mantel-Geometrie aufweisen.
Flächengebilde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis aus erstem zu zweitem Polymer (10,11) in einem Bereich von 50:50 bis 95:5, bevorzugt in einem Bereich von 60:40 bis 95:5, besonders bevorzugt in einem Bereich von 65:35 bis 90:10, liegt.
12. Flächengebilde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Lage (2,3) als Gelege, Gewebe, Gestricke, Gewirke, Film, Folie, Vlies oder Vliesstoff ausgestaltet ist.
13. Flächengebilde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper einen Verbundstoff aufweist, welcher die mindestens eine Lage (2,3) enthält.
14. Flächengebilde nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch ein Flächengewicht gemessen nach DIN EN 29073-1 im Bereich von 50 bis 4000 g/m2, bevorzugt im Bereich von 80 bis 3000 g/m2, besonders bevorzugt im Bereich von 100 bis 2500 g/m2. Flächengebilde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengebilde ein thermoverformtes
Flächengebilde ist.
Bikomponentenfaser, welche ein erstes und ein zweites Polymer (10,11) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass eine
Kaltkristallisationstemperatur (8) des ersten Polymers (10) bei der Erweichungstemperatur (7) des zweiten Polymers (11) oder unterhalb der Erweichungstemperatur (7) des zweiten Polymers (11) liegt.
Verwendung eines Flächengebildes nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung eines Bauteils für ein Transportmittel.
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