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DE3814996A1 - Verfahren zur herstellung einer fasermatte - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer fasermatte

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DE3814996A1
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KAST CASIMIR FORMTEILE
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Fasermatte geringer Dichte aus Fasern sowie duroplastischen und thermoplastischen Bindemitteln, die durch Pressen bei erhöhter Temperatur zu Formteilen umformbar ist, indem eine Mischung aus Fasern und Bindemitteln zu einem Vlies ausgestreut und dieses zu einer transportfähigen Fasermatte bei erhöhter Temperatur verdichtet wird.
Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (DE 28 45 112 C3) werden die Fasern zusammen mit trockenem Bindemittel in Pulverform gemahlen und dabei zugleich gemischt und diese Mischung dann zu einem Vlies ausgestreut, das anschließend bei erhöhter Temperatur zu einer Matte verdichtet wird. Die zugeführte Wärme führt zu einer Teilaktivierung der Bindemittel bzw. bestimmter Komponenten, insbesondere der thermoplastischen Komponenten, so daß ein Faserverbund erhalten wird, der zwar eine geringe Dichte, jedoch eine ausreichende Transport- und Lagerstabilität aufweist. Die Matte wird dann zu transport- und handhabungsfähigen Zu­ schnitten aufgeteilt. Aus der Fasermatte bzw. den Zu­ schnitten werden durch Pressen bei weiter erhöhter Tem­ peratur Formteile hergestellt, die vielfältigen Anwendungs­ zwecken dienen, beispielsweise als Teile für die Innenver­ kleidung von Kraftfahrzeugen, als Möbelformteile etc. Bei diesem Umformvorgang werden vor allem die duroplastischen Komponenten der Bindemittel aktiviert und verleihen dem Formteil nach dem Preßvorgang die erforderliche Formstabi­ lität.
Zur Erzielung besonderer physikalischer Eigenschaften, z.B. einer erhöhten Naßfestigkei und Tropenklima-Beständig­ keit müssen häufig flüssige bzw. wäßrige Bindemittel in die Fasermischung eingebracht werden, um die einzelnen Fasern zu beleimen. Ferner werden der Mischung Additive zugesetzt, die die chemisch-physikalischen Eigenschaften in einer bestimmten Richtung beeinflussen sollen. Hierzu zählen beispielsweise Formtrennmittel für den späteren Preßvorgang, Hydrophobierungsmittel, Elastifizierungsmittel, Fungizide, Farbpigmente od.dgl. Fasermatten der vorgenannten Art werden in großen Mengen zu Formteilen verarbeitet und haben sich in der Praxis ausgezeichnet bewährt.
Von Nachteil ist bei den bekannten Fasermatten bzw. den zu ihrer Herstellung dienenden Verfahren die Tatsache, daß sämtliche Komponenten, die den Fasern zugemischt wer­ den, in der gesamten Mischung und damit auch innerhalb der Fasermatte homogen verteilt vorliegen. Es muß deshalb die für ein bestimmtes chemisch-physikalisches bzw. tech­ nisches Verhalten des Formteils notwendige Menge an Binde­ mitteln oder Additiven im gesamten Querschnitt der Matte bzw. des Formteils vorhanden sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die physikalischen, technischen oder chemischen Eigenschaften der Fasermatte bzw. des hieraus hergestellten Formteils in definierter Weise örtlich zu beeinflussen und die Menge an Bindemitteln oder Additiven auf das für ein gewünschtes Verhalten not­ wendige Maß zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Fasermatte oder Zuschnitte derselben durch ein Walzen­ paar mit polierten Walzenoberflächen hindurchgeführt und mittels wenigstens einer Walze Bindemittel aus wäßriger Phase auf die ihr zugekehrte Seite der Fasermatte unter Druckeinwirkung aufgetragen wird, und daß die Fasermatte durch das Walzenpaar mit einer geringeren Geschwindigkeit als deren Umfangsgeschwindigkeit und im Anschluß an das Wal­ zenpaar durch eine Trocknungsstrecke geführt wird.
Es ist zwar bekannt, auf Fasermatten, beispielsweise Glas­ fasermatten, oberflächig Bindemittel aufzubringen, was bisher durch Sprühen, Tauchen, durch Aufgießen mittels Spaltdüsen oder durch Rakelauftrag geschieht. Alle diese bekannten Methoden führen jedoch zu einem ungleichmäßigen Bindemittelauftrag, insbesondere zu einer ungleichmäßigen Oberfläche, die eine Weiterverarbeitung zu Formteilen nicht oder nur bei Verwendung bestimmter Fasern zuläßt. Diese Verfahren haben insbesondere den Nachteil, daß nicht alle Fasern in die Oberfläche eingelagert, also eine glatte Oberfläche erhalten werden kann. Es entstehen auf der Ober­ fläche Schlieren oder Lufteinschlüsse. Um eine einwandfreie Oberflächenqualität zu erhalten, mußte man deshalb bisher das Vlies aus zwei oder mehr hintereinander aufgestreuten Faserschichten bilden, von denen jede die für das endgül­ tige Formteil gewünschte Zusammensetzung aufweist.
Praktische Versuche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren haben gezeigt, daß ein Walzenauftrag von Bindemitteln aus wäßriger Phase dann zu einer einwandfreien Oberflächen­ qualität führt, wenn polierte Stahlwalzen verwendet werden und der Auftrag unter leichter Druckeinwirkung und mit einer Transportgeschwindigkeit der Fasermatte erfolgt, die geringer ist als die Umlaufgeschwindigkeit der Walzen. Im Anschluß an die Trockenstrecke wird dann eine Fasermatte mit voluminösem Kern mit sehr geringer Dichte und demgegen­ über dichteren Deckschichten erhalten. Dabei sind die Binde­ mittel in den Deckschichten gegenüber der Kernschicht ange­ reichert. Eine geringe Dichte bei zugleich guter Form­ stabilität wird insbesondere bei KFZ-Verkleidungsteilen angestrebt. Beispielsweise wird für Türverkleidungen, die aus herkömmlichen Fasermatten geformt werden, eine Dichte von 1,0 bis 1,1 g/cm3 erreicht, wohingegen mit dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren die Dichte auf 0,7 bis 0,8 g/cm3 reduziert werden kann, so daß eine leichte, gleichwohl aber steife Verkleidung erhalten wird. Bei einem Dachhimmel, der stark dämpfende Eigenschaften haben soll, lassen sich Dich­ ten zwischen 0,05 (partiell) und 1,0 g/cm3 bei bis zu 20 mm Wandstärke und hoher Formbeständigkeit erzielen.
Es ist ferner möglich, bestimmte Additive nur in die Deck­ schichten einzuarbeiten, um eine bestimmte Oberflächen­ qualität zu erreichen. Auch können die mittels der Walzen aufgetragenen Bindemittel so ausgewählt werden, daß die Fasermatte bzw. das hieraus hergestellte Formteil bestimmte Anforderungen an die Oberfläche erfüllt. Fasermatten dieses Aufbaus lassen sich insbesondere zu Formteilen mit einwand­ frei glatter Oberfläche verarbeiten. Auch lassen sich Ober­ flächen mit einer Feuchtigkeitssperre bei wechselnden Klima­ bedingungen erzielen, so daß die bisher für diesen Zweck notwendige PE-Folie entfallen kann, gleichwohl ein Verzug durch wechselnden Feuchtegehalt ausgeschlossen ist. Die erzielbare glatte Oberfläche führt beim direkten Lackieren oder Einfärben des Formteils zu einer Reduzierung des Bedarfs an Lack und Farbe. Wird das Formteil statt dessen kaschiert, kann der hierfür notwendige Kleber sparsamer eingesetzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann so ausgeführt werden, daß die Bindemittel aus der wäßrigen Phase nur auf einer Seite aufgetragen werden. Vorzugsweise wird man jedoch einen Auftrag auf beiden Seiten vorsehen, wobei dieser Auftrag gleichzeitig mittels nur eines Walzenpaars erfolgen kann.
In einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Bindemittel mit vornehmlich duroplastischen Binderanteilen aufgetragen. Aus einer solchen Fasermatte lassen sich Form­ teile größerer Härte und Steifigkeit erzeugen. Stattdessen können auch Bindemittel mit vornehmlich thermoplastischen Binderanteilen aufgetragen werden. Hieraus lassen sich Formteile größerer Elastizität herstellen.
Das Bindemittel kann prinzipiell aus einer Lösung, einer Emulsion oder einer Dispersion aufgetragen werden, wobei wäßrigen Emulsionen oder Dispersionen der Vorzug zu geben ist. Hierfür kommen insbesondere als duroplastische Anteile Phenol-, Resol-, Melamin- oder Harnstoffharze in Frage, während als thermoplastische Komponenten Homo- oder Copoly­ mere, wie Acrylharze, Butadien-Styrol, Butadien-Acrylnitril, Polyurethane, Polyester und Vinylesterharze eingesetzt werden können. Es ist natürlich auch jede beliebige Kombi­ nation für ein solches Bindemittelsystem möglich.
Wie bereits angedeutet, können der wäßrigen Phase des Bindemittels Zusätze, die das physikalische, technische oder chemische Verhalten der Fasermatte und/oder des hieraus gepreßten Formteils beeinflussen, zugegeben und mit dem Bindemittel auf die Fasermatte aufgetragen werden. Als Zusätze kommen insbesondere Hydrophobierungsmittel, z.B. Paraffinemulsionen, Formtrennmittel, z.B. sulfonierte Fett­ säuren, Elastifizierungsmittel, z.B. Polyäthylenglykole, die mit gewissen Bindern, nämlich Kondensationsharzen rea­ gieren können, sowie Fungizide, Farbpigmente, Flammschutz­ mittel, Antioxydantien, Netzmittel od.dgl. in Frage. Ebenso wie durch den Bindemittelauftrag aus der wäßrigen Phase, wo das physikalische und technische Verhalten des Formteils in den Schichten, wo es notwendig ist, beeinflußt werden kann, werden durch die Zugabe der Zusätze nur in den Deck­ schichten der Fasermatte die durch die Zusätze angestrebten Eigenschaften nur dort gezielt erzeugt, wo sie notwendig sind. Auf diese Weise lassen sich die Bindemittel oder Additive nicht nur örtlich gezielt anreichern, sondern die für die Erzielung einer bestimmten Eigenschaft notwendi­ ge Menge auch auf das erforderliche Maß reduzieren, indem die Bindemittel oder Zusätze nicht mehr über den gesamten Matten- bzw. Formteilquerschnitt homogen verteilt sind.
Es ist ferner möglich, der wäßrigen Phase des Bindemittels bei erhöhter Temperatur wirksam werdende Treibmittel oder schäumfähige Harze anteilig zuzugeben. Diese schäumfähigen Harze werden beispielsweise erst anläßlich des Umformens zu einem Formteil, was bei erhöhter Temperatur geschieht, schichten bei ausreichender Härte und Oberflächenqualität eine geringe Dichte erzielen.
Das erfindungsgemäße Verfahren eröffnet ferner die Möglich­ keit, in die Fasermischung vor der Herstellung der Faser­ matte ausschließlich Bindemittel in Pulverform zuzugeben, so daß eine trockene Verarbeitung der Fasermischung zu einem Vlies möglich ist, während diejenigen Bindemittel, die zu einer Faserimprägnierung führen, mittels der Walzen aufgetragen werden.
Als vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die Bindemittel aus einer wäßrigen Phase in einer Menge zwischen 10 und 150 g/m2, vorzugsweise zwischen 60 und 80 g/m2 aufgetragen werden.
Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn eine Bindemittel-Lösung, Dispersion oder Emulsion mit einem Feststoffgehalt von 10 bis 60 Gew.%, vorzugsweise von 30 bis 40 Gew.% verwendet wird. Hiermit läßt sich beim Walzen­ auftrag eine einwandfreie Oberfläche erzielen.
Das Auftragen der Bindemittel kann zwar prinzipiell von der Herstellung der transportfesten Fasermatte räumlich und zeitlich getrennt und beispielsweise in dem Verarbei­ tungswerk, wo die Formteile produziert werden, durchgeführt werden, vorzugsweise jedoch ist vorgesehen, daß die Faser­ matte anläßlich ihrer Herstellung unmittelbar nach dem Verdichten zur Transportfestigkeit durch das Walzenpaar geführt wird. Damit ergibt sich ein kontinuierliches Durch­ laufverfahren vom Ausstreuen der Mischung zu einem Vlies bis zur Erzeugung der Fasermatte mit den gewünschten Eigen­ schaften in den Deckschichten.
Dabei wird die Fasermatte vorzugsweise mit der beim Ver­ dichten zur Transportfestigkeit notwendigen erhöhten Tem­ peratur dem Walzenpaar zum Auftragen der Bindemittel aus der wäßrigen Phase zugeführt, so daß der noch vorhandene Wärmeinhalt der Fasermatte genutzt und das Trocknen der Fasermatte beschleunigt wird.
Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens ist ferner von Vorteil, wenn die beim Aufwärmen anläßlich des Verdichtens der Fasermatte anfallende Abluft zum Trocknen der Fasermatte nach dem Auftragen der Bindemittel aus der wäßrigen Phase verwendet wird, so daß sich eine günstige Energiebilanz ergibt. Die Fasermatte wird also nicht wie bisher im Anschluß an die Verdichtung, sondern erst nach dem Binde­ mittel-Auftrag getrocknet. Damit ergibt sich vor allem der Vorteil, daß die Herstellung der Fasermatte gegenüber dem herkömmlichen System nicht zu einer Verteuerung führt. Die Feuchtigkeit wird dabei von etwa ursprünglich 20% auf 7 bis 10% verringert.
Schließlich ist vorgesehen, daß die Fasermatte nach dem Trocknen gekühlt wird, z. B. auf 40 Grad Celsius, um ein Stapeln der Mattenzuschnitte zu ermöglichen, ohne daß die Zuschnitte verkleben.
Nachstehend sind einige Ausführungsbeispiele angegeben:
Beispiel 1
Es werden 75% Phenolharz (in einer 35-%-Dispersion), 3% Trennmittelemulsion (in einer 50-%-Emulsion) und 22% Acrylat­ dispersion (in einer 35-%-Lösung) aus wäßriger Phase auf eine Fasermatte mit Fasern aus vornehmlich Abfallstoffen (Papier, Pappe, Jute, Textilien) aufgebracht. Aus einer solchen Fasermatte lassen sich Formteile großer Steifigkeit herstellen.
Beispiel 2
Es werden 70% Butadien-Acrylnitril (in 45-%-Dispersion), 8% Polyäthylenglykol 400 (niedriges Molgewicht), 5% Hydro­ phobierungsmittel (in 30-%-Emulsion) und 13% Melaminharz (in 50-%-Dispersion) auf eine Fasermatte aus Fasern o.g. Aufbaus aufgetragen. Aus einer solchen Fasermatte lassen sich Formteile großer Flexibilität herstellen.
Beispiel 3
Es werden 60% Phenolharz (35-%-Lösung), 8% Natrium­ hydrogenkarbonat (Schäummittel), 0,2% Netzmittel, 3,8% Hydrophobierungsmittel (30-%-Emulsion), 14% Acrylat­ dispersion - vernetzend (60-%-Dispersion) und 14% Acrylat­ dispersion - thermoplastisch (50-%-Dispersion) auf eine Fasermatte mit Fasern o.g. Aufbaus aufgetragen. Beim Ver­ pressen der Fasermatte bei erhöhter Temperatur zu einem Formteil werden die Harzkomponenten aufgeschäumt. Es ent­ steht ein stabiles Formteil von sehr geringer Dichte.

Claims (21)

1. Verfahren zur Herstellung einer Fasermatte geringer Dichte aus Fasern sowie duroplastischen und thermo­ plastischen Bindemitteln, die durch Pressen bei erhöhter Temperatur zu Formteilen umformbar ist, indem eine Mischung aus Fasern und Bindemitteln zu einem Vlies ausgestreut und dieses zu einer transportfähigen Fasermatte bei erhöhter Temperatur verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasermatte oder Zuschnitte derselben durch ein Walzenpaar mit polierten Walzenoberflächen hindurch­ geführt und mittels wenigstens einer Walze Binde­ mittel aus flüssiger Phase auf die ihr zugekehrte Seite der Fasermatte unter Druckeinwirkung aufge­ tragen wird, und daß die Fasermatte durch das Walzen­ paar mit einer geringeren Geschwindigkeit als deren Umfangsgeschwindigkeit und im Anschluß an das Wal­ zenpaar durch eine Trocknungsstrecke geführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel auf beiden Seiten der Fasermatte durch Walzen aufgetragen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Bindemittel beim Durchlauf durch das Walzenpaar gleichzeitig auf beiden Seiten der Fasermatte aufgetragen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Bindemittel mit vornehmlich duroplastischen Binderanteilen aufgetragen werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Bindemittel mit vornehmlich thermoplastischen Binderanteilen aufgetragen werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel aus einer Lösung, einer Emulsion oder einer Dispersion aufgetragen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der wäßrigen Phase des Binde­ mittels Zusätze, die das physikalische und/oder chemische Verhalten der Fasermatte und/oder des hieraus gepreßten Formteils beeinflussen, zugegeben und auf die Fasermatte aufgetragen werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der wäßrigen Phase des Bindemittels Hydropho­ bierungsmittel, Formtrennmittel, Elastifizierungs­ mittel, Fungizide, Farbpigmente od.dgl. zugegeben werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der wäßrigen Phase des Binde­ mittels bei erhöhter Temperatur wirksam werdende Treibmittel oder schäumfähige Harze anteilig zuge­ geben werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die für das fertige Formteil notwendige Menge an duroplastischen und thermo­ plastischen Bindemitteln teilweise in die Faser­ mischung vor der Herstellung der Fasermatte, teil­ weise über den Auftrag aus der wäßrigen Phase zugegeben wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß in die Fasermischung vor der Herstellung der Fasermatte ausschließlich Bindemittel in Pulverform zugegeben werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindemittel aus der wäßri­ gen Phase in einer Menge zwischen 10 und 150 g/m2, vorzugszweise zwischen 60 und 80 g/m2, aufgetragen werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bindemittel-Lösung, Disper­ sion oder Emulsion mit einem Feststoffgehalt von 10 bis 60 Gew.%, vorzugsweise von 30 bis 50 Gew.% verwendet wird.
14. Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasermatte anläßlich ihrer Herstellung unmittelbar nach dem Verdichten zur Transportfestigkeit durch das Walzen­ paar zum Auftragen der Bindemittel aus der wäßrigen Phase geführt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß die Fasermatte mit der beim Verdichten zur Transportfestigkeit notwendigen erhöhten Temperatur dem Walzenpaar zum Auftragen der Bindemittel aus der wäßrigen Phase zugeführt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasermatte nach dem Auf­ tragen des Bindemittels getrocknet wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß die beim Aufwärmen an­ läßlich des Verdichtens der Fasermatte anfallende Abluft zum Trocknen der Fasermatte nach dem Auf­ tragen der Bindemittel aus der wäßrigen Phase verwendet wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasermatte bis auf eine Restfeuchte von 7 bis 10% getrennt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasermatte nach dem Trocknen gekühlt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasermatte auf eine Temperatur 40 Grad Celsius gekühlt wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasermatte nach dem Abkühlen zugeschnitten wird und die Zuschnitte gestapelt werden.
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