DE102006001036A1

DE102006001036A1 - Faserformteil mit teppichartiger Textiloberfläche

Info

Publication number: DE102006001036A1
Application number: DE200610001036
Authority: DE
Inventors: Olaf DÖHRING; Martin Mangold; Frank Temme; Norbert Nicolai; Hartmut Renken
Original assignee: ENTWICKLUNGSGESELLSCHAFT fur; Entwicklungsgesellschaft fuer Akustik EFA GmbH
Current assignee: ENTWICKLUNGSGESELLSCHAFT fur; Entwicklungsgesellschaft fuer Akustik EFA GmbH
Priority date: 2006-01-07
Filing date: 2006-01-07
Publication date: 2007-07-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein dreidimensionales Faserformteil, enthaltend eine erste verformte und verfestigte Faserschicht, die mit einer teppichartigen textilen, unverpressten, fluidstrahlverfestigten zweiten Faserschicht flächig verbunden ist, insbesondere für den Flugzeugbau oder Fahrzeugbau, ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Faserformteils, enthaltend die Schritte DOLLAR A a) Verpressen und gegebenenfalls dreidimensionales Verformen einer ersten textilen Faserschicht, DOLLAR A b) Ablegen von Textilfasern auf der ersten Faserschicht in einer oder mehreren Lagen, DOLLAR A c) Verfestigen der zweiten abgelegten Textilfasern zu einer zweiten, teppichartigen Faserschicht untereinander und Verbinden mit der ersten verpressten Faserschicht mittels Fluidstrahlvernadelung, insbesondere Druckgas-, Druckflüssigkeitsstrahl- und/oder Dampfstrahlvernadelung in situ sowie DOLLAR A ein verschließbares Formwerkzeug zur Durchführung von mindestens Schritt c) des Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, dass es in der der zweiten Faserschicht zugeordneten formenden Oberfläche ganz- oder teilflächig Bohrungen mit Düsenöffnungen aufweist, durch die unter Druck stehendes Gas, Flüssigkeit und/oder Dampfstrahl auf die zu vernadelnde Schicht durchgeleitet werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Faserformteil mit integrierter, teppichartiger Textiloberfläche, insbesondere für den Flugzeugbau und den Fahrzeugbau, ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Faserformteils sowie ein Formwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens.
Die separate Verformung von Kunststoff-Nutzbelägen und dekorativen Teppichmaterialien in Nadelvlies- sowie Tuftqualität, als Velours- oder Schlingenware, zum Zweck des anschließenden Auflegens bzw. Fügens auf eine entsprechend separat geformte Dämmschicht aus wahlweise Vlies, oder Schaumstoff, mit oder ohne Masseschicht sind bekannt. Ebenso ist die gemeinsame Verformung solcher Materialien in einem Prozessschritt als Mehrlagenaufbau bekannt.
Dreidimensionale Faserformteile, die durch die gezielte Füllung von belüfteten Formwerkzeugen mit losem, vereinzeltem Fasermaterial entstehen und durch Energiezufuhr direkt im selben Werkzeug verfestigt werden, ohne dass zunächst ein flächenförmiges Gebilde als Vlieshalbzeug erzeugt werden muss, sind ebenfalls bekannt. Bei diesen Verfahren ist eine Reduzierung des erzeugten Produktionsabfalls, der in der Regel als Randbeschnitt und in Form von Ausstanzungen anfällt, möglich. Gegenüber dem verformten Faservlies ergibt sich eine höhere Konturtreue, Dickenvariabilität sowie Dichtekonstanz. Solche Faserformteile finden unter anderem in der Fahrzeugindustrie als schall- und wärmedämmende Bauteile Verwendung. Hergestellt werden derartige Faserformteile in der Regel in belüfteten Formpresswerkeugen, die unter Einwirkung von Wärme und Druck die im Faservlies enthaltenen thermoplastischen und/oder duroplastischen Materialien verformen und verfestigen.
Bei der Herstellung Faserformteilen können auch mehrschichtige Aufbauten erzeugt werden. Bei einem mehrlagigen beziehungsweise mehrschichtigen Aufbau lässt sich bekanntermaßen eine Decklage erzeugen, die aufgrund ihrer Fasermischung farblich und haptisch einen dekorativen Anspruch erhält.
Bei dem Formprozess zeigt sich jedoch, dass in der Regel aufgrund der im Faserformteil enthaltenen Bindemittel eine glatte Oberfläche erzeugt wird. Insbesondere dann, wenn die Formteile einen höheren Gehalt thermoplastischer oder duroplastischer Bindemittel enthalten, ergibt sich eine kunststoffartig glatte Oberfläche. Immer dann, wenn schall- und wärmedämmende Materialien im Sichtbereich im Innenraum eines Fahrzeugs eingesetzt werden sollen, ist die Beschränkung auf solche kunststoffartig glatten Oberflächen nicht hinnehmbar.
Reduziert man den thermoplastischen bzw. duroplastischen Bindemittelgehalt in der Decklage des Formteils hingegen drastisch, mit dem Zweck, eine Oberfläche mit flauschigem Charakter im Sinne eines teppichartigen Dekors zu erzeugen, oder lässt man das Bindemittel sogar ganz entfallen, so wird eine genügende Anbindung an die Isolationsschicht in der Regel nach herkömmlichen Methoden des Standes der Technik nicht gelingen. Ebenso werden die mechanischen Anforderungen an ein Teppichdekor bezüglich der mechanischen Abriebswerte nicht zu erfüllen sein, da sich eine ausreichende Verfestigung der dekorativen Decklage nicht einstellt.

Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, Faserformteile bereitzustellen, die die schall- und wärmedämmenden Eigenschaften von nach In-Mould-Verfahren hergestellten Formteilen mit den ästhetisch angenehmen und akustischen Eigenschaften unverpresster Textilien verbinden und dabei gleichzeitig eine mechanische Belastbarkeit und Festigkeit der Verbindung aufweisen, die sie für den Einsatz beispielsweise als Bodenbelag im Fahrzeugbau praktisch nutzbar macht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein dreidimensionales Faserformteil, enthaltend eine erste verformte und verfestigte Faserschicht, die mit einer teppichartigen textilen, unverpressten, fluidstrahlverfestigten zweiten Faserschicht flächig verbunden ist. Eine solche Vliesanordung ist erstmals nach dem weiter unten beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich. Wesentlich ist, dass die unverpresste zweite Faserschicht fluidstrahlvernadelt und fluidstrahlverfestigt ist und somit teppichartige (Vlies-) Struktur aufweist. Unter Fluidstrahlen im Sinne der Erfindung werden Gas-, Luft, Flüssigkeits- und/oder Dampfstrahlen verstanden. Die erste Faserschicht weist bevorzugt Dämmeigenschaften auf. Sie kann daher als „dämmende Faserschicht" in Abgrenzung zur zweiten (teppichartigen) Faserschicht bezeichnet werden.

Flächige Verbindung im Sinne der Erfindung ist nicht auf eine vollflächige Verbindung beschränkt und schließt punkt- oder streifenförmige Verbindungen sowie andere Verbindungsformen ein, sofern im wesentlichen die vollständige Fläche beider Faservliese aneinander haftet.

Bevorzugt sind beide Faservliese miteinander unlösbar verbunden. Als unlösbar verbunden gelten im Sinne der Erfindung Anordnungen von Faservliesen, wenn die Faservliese nicht unzerstört wieder voneinander gelöst werden können. Eine (zerstörende) Trennbarkeit der Schichten zwecks Wiederverwertung der Rohstoffe (Recycling) ist im Sinne der Erfindung nicht ausgeschlossen, sondern im Gegenteil besonders bevorzugt.

Die Fluidstrahlvernadelung durch Verwirbelung von Fasern mit Hilfe von beispielsweise hochgespannten Wasserstrahlen und die Fluidstrahlverfestigung von Faservliesen unter Erhaltung einer textilen, teppichartigen Struktur ist grundsätzlich bekannt (DE-A-1 635 577, US 3,485,706 , US 3,494,821 ).

Das Verfahren der Fluidstrahlvernadelung, das auch Strahlverflechtung, Hydroverflechtung, hydraulische Verflechtung, Wasserstrahlnähen, Wickelverbinden und Spinnverbinden genannt wird beziehungsweise umfasst, läuft so ab, dass ein Fluid, beispielsweise eine Flüssigkeit, üblicherweise Wasser, mit hohem Druck durch Düsen oder Austrittsöffnungen gezwungen wird, um feine säulenartige Strahlen zu bilden und einen Strahlvorhang auf eine faserförmige Bahn zu richten. Die zu bearbeitende faserförmige Bahn wird auf einem Stützgitter durch den Strahlvorhang bewegt, wodurch die Fasern verflochten werden und eine zusammenhängende textile Bahn bilden, ohne dass Bindemittel oder Harze benutzt werden. Obwohl der physikalische Vorgang der Verflechtung nicht vollständig geklärt ist, wird angenommen, dass das turbulente Aufbrechen der feinen Fluidstrahlen beim Auftreffen und Bestreichen der Fasern in der Bahn und an den Stegen des Stützgitters die körperliche Verschlingung der Fasern bewirkt. Das Stützgitter kann mit einem abgestimmten durchgängigen Bereich ausgestattet sein, um dessen Musterung auf das verflochtene Erzeugnis zu übertragen und diesem eine textilähnliche Erscheinung zu verleihen.

In bekannter Weise kann dabei ein mit Hilfe von Krempeln, Karden oder pneumatischen Einrichtungen hergestelltes Faservlies einer hydrodynamischen Verfestigungseinrichtung vorgelegt werden. Ebenso ist aus der DD 156 275 eine Verfestigungseinrichtung mit einem Düsenbalken bekannt, aus dem feine Wasserstrahlen mit hohem Druck und hoher Geschwindigkeit austreten und auf ein Faservlies auftreffen. Dabei werden die prinzipiell in zwei Richtungen orientierten Fasern mitgenommen und in die dritte Richtung umorientiert. Der Wasserstrahl – und somit die mitgerissenen Fasern – treffen auf einen Widerstand, eine sogenannte Prallplatte. Dort wird der Wasserstrahl in viele in verschiedene Richtungen abspritzende Teile zerlegt, die die Fasern mitziehen und so zu einem Flächengebilde verbinden.

Gemäß DD 98 125 werden Vliesstoffe aus thermoplastischen Fasern mittels erhitzter Gasstrahlen verwirbelt und durch Verschmelzung der Fasern miteinander verfestigt.

Aus der DE-A-25 41 336 ist weiterhin ein Verfahren und eine Faservliesware bekannt, bei denen ein luftgeförderter Stapelfaserstrom gegen ein Netzförderband mit streifenbildenden Leisten gerichtet und auf diesem abgelegt wird. Es entsteht ein ästhetisch ansprechenderes Vlies mit entsprechenden dichten und weniger dichten streifenförmigen Bereichen, das bei Anwesenheit von thermoplastischen Fasern durch Verschmelzung, im anderen Falle durch herkömmliche Verfahren verfestigt wird.

Ein Verfahren zur Musterung eines Faservlieses ist auch in der DE-A-1 560 701 beschrieben. Dabei werden Einzelfasern oder Fasergruppen der Vliesstoffbahn durch Ströme eines flüssigen oder gasförmigen Mediums noppenartig verschoben und dadurch die Vliesstoffbahn verfestigt.

Gemäß DD 141 041 wird ein auf einer Krempel beziehungsweise Karde gebildeter Faserflor unmittelbar im Bereich der Abnahme durch Fluidstrahlen verfestigt.

DE 694 12 106 T2 (entsprechend EP 0 719 355 B1 ) beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Stoffes aus Fasern mit einer Schmelzkomponente mittels Beaufschlagung eines heißen Strahls auf den Faseraufbau.

Auch US 3,353,225 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Vlieses durch beidseitige Strahlbehandlung mit einem Fluid zum Verschlingen von Fasern in einem Faserblatt zur Bildung eines gemusterten zusammenhängenden Vliesstoffes. Die gemusterten zusammenhängenden Strukturen werden direkt aus losen faserigen Schichten ohne Verwendung von Binde- oder Klebemitteln durch Behandlung mit Hochgeschwindigkeitsströmen aus einem Fluid wie Luft oder Dampf vorbereitet. Auf diese Weise können auch zwei oder mehr textile Vliesschichten vernadelt und miteinander verbunden werden.

DE 31 32 792 C2 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Faservliesstoffes, bei dem ein Vlies mit einem Gewicht von 15 bis 100 g/m² auf ein wasserundurchlässiges Stützteil geführt und Wasserstrahlen ausgesetzt wird, die aus im Abstand voneinander angeordneten, auf die Oberfläche des Vlieses gerichteten und quer über die Breite des Vlieses verlaufenden Düsen gespritzt werden, um eine mechanische Verschlingung der Fasern des Vlieses zu erreichen. In einem Ausführungsbeispiel wird ein Parallelvlies mit einem Gewicht von 20 g/m² aus Rayonfasern auf eine 1 mm dicke aus Polyurethan geschäumte Lage aufgeschichtet und durch Wasserstrahlvernadelung eingepflanzt und verfilzt.

DE 693 19 611 T2 ( EP 0 669 994 B1 ) beschreibt einen ungebundenen oder durch wärme gebundenen Spunlaced-Faservliesstoff, umfassend eine ungebundene flashgesponnene Bahn, enthaltend Plexifilamente aus Polyolefin in Form von Polyethylen oder Polypropylen, in welche Bahn Stapelfasern eingebettet und mit dieser verschlungen sind, wobei der Stoff eine Frazier-Porosität von mindestens 1,22 m³/m²/min aufweist.

DD 207 227 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von textilen Flächengebilden aus Fasern, die miteinander verschlungen oder verwirbelt werden, gekennzeichnet dadurch, dass ein Faser-Gas- oder Faser-Flüssigkeitsgemisch durch Loch- oder Schlitzdüsen aus einem Druckbehälter ausgepresst wird, beim Aufprall auf ein Prallelement die Fasern verwirbelt werden und das Faser-Gas- oder Faser-Flüssigkeitsgemisch aufgelöst wird. Dabei wird unter anderem vorgeschlagen, die Fasern des Faser-Gas- oder Faser-Flüssigkeitsgemischs auf und in eine vorgefertigte Grundbahn einzuschießen, um auf diese Weise verschiedene Materialien zu einem Flächengebilde zu vereinigen.

Den vorgenannten Verfahren, in denen während der Fluidvernadelung eines Vlieses eine Verbindung zu einer anderen Schicht hergestellt wird, ist gemeinsam, dass diese Schicht dünn, flexibel und für sich textilähnlich ist.

Dagegen können die erfindungsgemäßen Faserformteile bei entsprechender Verfahrensführung derart ausgebildet sein, dass die angrenzende Schicht ein verpresstes Faservlies darstellt. In diesem Sinne kann in der erfindungsgemäßen Vliesanordung das erste Faservlies mit dem zweiten Faservlies durch in das erste Faservlies eindringende Fluidstrahlvernadelung verbundenen sein.

So ist besonders bevorzugt, wenn die erste Faserschicht mit der zweiten, teppichartigen Faserschicht durch diese durchdringende Fluidstrahlen verbundenen und verfestigt ist.

Eine Verschlingung und Verknäuelung der Fasern des zweiten Faservlieses mit ungeschmolzenen oder lediglich teilweise geschmolzenen Fasern des darunter liegenden verpressten ersten Faservlieses bewirkt insbesondere eine enge und unlösbare Verbindung der aus den jeweiligen Faservliesen gebildeten Schichten untereinander, so dass die mechanische Belastbarkeit des Faservliesteppichs mit der erfindungsgemäßen Vliesanordnung außerordentlich erhöht ist. Erfindungsgemäß kann die Verbindung der Schichten untereinander allerdings auch oder stattdessen durch teilweises oder ganzflächiges Anschmelzen beider zu verbindender Faservliese beispielsweise durch erhitzte Fluide bei der Fluidstrahlvernadelung des zweiten Faservlieses erfolgen.

Die Erfindung betrifft daher in einer weiteren Ausführungsform auch ein erfindungsgemäßes Faserformteil, das sich dadurch auszeichnet, dass die erste Faserschicht mit der zweiten teppichartigen Faserschicht durch thermoplastische Verklebung verbunden ist, wobei die Verklebung punktförmig, flächig und/oder auch teilflächig sein kann.

In den erfindungsgemäßen Faserformteilen kann die erste und/oder zweite Faserschicht bevorzugt thermoplastische Fasern enthalten. Sind diese in der zweiten Faserschicht enthalten, können sie durch mechanische Verschlingung und/oder durch thermoplastische Verschmelzung und/oder durch Verklebung oder in anderer Weise ganz besonders bevorzugt mit der ersten Faserschicht verbunden sein. Bevorzugte Materialien der ersten und/oder insbesondere der zweiten Faserschicht sind: PES, PA, PP, PE, Acrylfasern, Bikomponentenfasern, Sekundärfasern. Bevorzugte Faserlängen sind: 15 mm bis 100 mm Bevorzugte freie Längen (infolge Kräuselung und/oder Nichtlinearität) sind: 10–70 mm. Bevorzugte Faserstärken sind 0,8 bis 135 dtex.

Darüber hinaus oder statt dessen können die erste und/oder die zweite Faserschicht Naturfasern enthalten. Besonders bevorzugt sind hierunter Baumwolle als Reißfaser-Rezyklat mit Synthetik-Anteilen, Baumwolle als Rohfaser, heimische Bastfasern wie Hanf, Flachs, andere Naturfasern wie Cocos-, Ramie, Jute, Sisal etc. Bevorzugte Faserlängen sind: 20 bis 100 mm. Bevorzugte freie Längen (infolge Kräuselung und/oder Nichtlinearität) sind 10 bis 80 mm.

Der Begriff „Faser", wie er im Sinne der Erfindung verwendet wird, umfasst Stapelfasern, Elementarfäden, Plexifilament-Spinnfäden und dergleichen.

Erfindungsgemäß aufgebaute Faserformteile können derart ausgebildet sein, dass sie hervorragende thermisch und/oder akustisch isolierende Eigenschaften aufweisen. Unter anderem aus diesem Grunde sind sie in besonderer Weise dazu geeignet, in der Gestalt eines Faservliesteppichs daher im Flug- und Fahrzeugbau, insbesondere Kraftfahrzeugbau Verwendung zu finden. Hierbei umfasst der Begriff „Faservliesteppich" flexible teppichähnliche Qualitäten wie Bahnen oder Matten bis hin zu steifen Formteilen oder Bestandteilen von Formteilen. Bevorzugte Verwendungen umfassen die Verwendung als Dachhimmel, Motorraumabdeckung, Fußbodenbelag, Türinnenverkleidung, Kofferraumabdeckung und -Auskleidung, Hutablage, Fußraumverkleidung, Sitzrückverkleidung in Flug- und/oder Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen einschließlich Personen- und Nutzfahrzeugen, aber auch schienengebundenen Fahrzeugen und Schiffen.

Im folgenden soll das Verfahren näher beschrieben werden, mit dem die erfindungsgemäßen Faserformteile erstmals hergestellt werden können und das ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist.

Die Erfindung betrifft danach ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Faserformteils, enthaltend die Schritte

a) Verpressen und gegebenenfalls dreidimensionales Verformen einer ersten textilen Faserschicht,
b) Ablegen von Textilfasern auf der ersten Faserschicht in einer oder mehreren Lagen,
c) Verfestigen der abgelegten Textilfasern zu einer zweiten, teppichartigen Faserschicht untereinander und Verbinden mit der ersten verpressten Faserschicht mittels Fluidstrahlvernadelung, insbesondere Druckgas-, Druckflüssigkeitsstrahl- und/oder Dampfstrahlvernadelung in situ.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird sichergestellt, dass die textile Erscheinung beispielsweise der die Sichtseite bildenden Faserschicht des Faserformteils in Bezug auf Aussehen, Griff, Flauschigkeit und Dämmeigenschaften erhalten bleibt, wobei das darunter liegende Vlies (form-)verpresst sein kann und somit entsprechende akustische und Wärmedämmeigenschaften aufweist und dennoch eine hervorragende Verbindung zwischen den Schichten erzielt wird. Diese Verbindung beruht wahrscheinlich auf schichtübergreifenden Verschlingungen und/oder Verschmelzungen der Fasern der teppichartigen Faserschicht mit Fasern oder Faserteilen der verpressten ersten Faserschicht. Die Übertragung des an sich bekannten Verfahrens der Fluidstrahlverfestigung auf die Verfestigung einer teppichartigen, dekorativen Faserschicht auf eine vorverpresste Faserschicht eines Faserformteils wird im Stand der Technik nicht beschrieben. Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden Faserformteile mit bislang nicht zugänglichen Eigenschaften, insbesondere in dieser Kombination bislang nicht zugänglichen Eigenschaften erstmals erhältlich. Daneben liegt dem erfindungsgemäßen Verfahren die neue Erkenntnis zugrunde, dass bei Vernadelung auf einer vorverpressten ersten Faserschicht diese gleichzeitig als Prallkörper dienen kann, der die Verwirbelung des Fluidstroms und damit der Fasern der zu verfestigenden textilen zweiten Faserschicht bewirkt und gleichzeitig passiv in die Vernadelung und/oder Verschmelzung selbst einbezogen wird.

Insbesondere ist bevorzugt, dass die vorverpresste und gegebenenfalls dreidimensional verformte erste Faserschicht thermoplastische und/oder duroplastische Bindemittel und gegebenenfalls Naturfasern enthält, deren bevorzugte Zusammensetzung, Länge und Stärke weiter oben beschrieben wird.

Insbesondere zur Verwendung des erhaltenen Faserformteils als Faservliesteppich, beziehungsweise Teil eines größeren Formteiles, ist besonders bevorzugt, ein dreidimensional verformtes erstes Faservlies als erste Faserschicht zu verwenden.

Zu diesem Zweck dient unter anderem auch die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, nach der die vorverpresste und gegebenenfalls dreidimensional verformte erste Faserschicht oder Faservlies vor Schritt b) gestanzt wird, um eine unterschiedliche Kontur der verpressten und der textilen Schicht zu erhalten, die durch die erste und die zweite Faserschicht definiert werden.

Das Ablegen in Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auf verschiedene Weisen erfolgen. Insbesondere ist bevorzugt, mehrere Lagen, beispielsweise zwei, drei, vier, fünf oder mehr Lagen von gleichen oder verschiedenen Fasern oder Fasergemischen abzulegen. Dabei können die Lagen jeweils verschiedene, gleiche oder alternierende Ausrichtung der Fasern aufweisen. Insbesondere werden die Lagen in definiertem Winkel zueinander im Bereich von 10° bis 150°, insbesondere 30° bis 120° oder rechtwinklig gekreuzt abgelegt werden.

Insbesondere ist bevorzugt, dass die die textile zweite Faserschicht bildenden Fasern thermoplastischen und/oder duroplastischen Kunststoff und gegebenenfalls Naturfasern enthalten, deren bevorzugte Zusammensetzung, Länge, freie Länge und Stärke weiter oben beschrieben wird.

Der eigentliche Schritt der Fluidstrahlvernadelung/-verfestigung beziehungsweise -verbindung, Schritt c), kann erfindungsgemäß mit einem unter Druck stehenden Fluidstrahl bei verschiedenen Temperaturen erfolgen. Apparativ am einfachsten und wirtschaftlichsten ist ein Fluidstrahl bei Raumtemperatur zu erzeugen. Vernadelt man in Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens dagegen mittels eines heißen, unter Druck stehenden Gases, einer heißen Flüssigkeit oder Dampf, so kann man sich zusätzlich durch Wärmeübertragung auf die Fasern des zu vernadelnden sowie des vorverpressten Vlieses deren bei höherer Temperatur gesteigerte Flexibilität und Biegsamkeit sowie gegebenenfalls deren Thermoplastizität zunutze machen. Eine Erwärmung der Fasern kann somit deren Verschlingungsneigung steigern und/oder eine Anschmelzung und Verklebung untereinander sowie zwischen den Vliesen bewirken. Dieser Effekt ist dann umso ergiebiger, wenn die Fluidstrahlen Temperaturen aufweisen, die im Bereich oder oberhalb der Erweichungstemperatur mindestens einer Faser oder Faserkomponente des zu vernadelnden Vlieses liegt.

Hierzu ist besonders bevorzugt, wenn die Temperatur des Fluids, insbesondere des Gases, der Flüssigkeit oder des Dampfes im Bereich von 90 °C bis 220 °C, insbesondere 110 °C bis 160 °C liegt.

Für den erfindungsgemäß einzusetzenden Fluidstrahl setzt man besonders bevorzugt Luft, Stickstoff, Wasser oder Wasserdampf ein. Luft, Stickstoff, aber auch Wasser haben den Vorteil der Umweltfreundlichkeit und Wirtschaftlichkeit. Wasserdampf, insbesondere überhitzter Wasserdampf weist darüber hinaus den Vorteil hervorragender Wärmekapazität und bester Wärmeübertragungseigenschaften auf.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann man das erfindungsgemäße Verfahren derart abwandeln, dass man die Schritte b) und c) in einem Arbeitsgang ausführt, indem man ein Faser-Flüssigkeitsgemisch oder Faser-Gasgemisch durch Düsenöffnungen auf die erste Faserschicht, insbesondere ein verpresstes Faservlies aufbringt und im eigenen Fluidstrahl vernadelt und gegebenenfalls in einem weiteren Schritt c) durch Fluidstrahlvernadelung verfestigt. Das heißt, dass zunächst ein Faser-Flüssigkeitsgemisch oder Faser-Gasgemisch durch Suspendierung und/oder Verwirbelung gebildet wird und dieses Gemisch unter hohem Druck auf das vorverpresste erste Faservlies aufbracht wird. Dabei wird es im eigenen Fluidstrahl vernadelt. Um die Festigkeit solcherart hergestellter textiler Vliese weiter zu verbessern, kann sich hieran noch eine weitere Verfestigungsstufe durch Fluidstrahlvernadelung anschließen.

Eine besondere Prallkraft und damit eine besonders günstige Verschlingungswirkung auf die textilen Fasern hat der erfindungsgemäß eingesetzte Fluidstrahl, wenn er in einem Abstand von 5 bis 30 mm, insbesondere 10 bis 20 mm, ganz besonders etwa 10 mm von der Düse auf das zu vernadelnde zweite Faservlies trifft. Dabei kann das erfindungsgemäße Verfahren in einer Weise ausgeführt werden, dass man mindestens Schritt c) in einem verschließbaren Formwerkzeug aus im wesentlichen zwei Werkzeughälften durchführt und während des Schließvorganges der Werkzeughälften vernadelt, wenn die Werkzeughälften sich in einem Abstand von 5 bis 30 mm, insbesondere 10 bis 20 mm von ihrer Endlage befinden.

Optimale Vernadelung wird erzielt, wenn man während der Vernadelung eine Relativbewegung der Werkzeughälften in einer Ebene senkrecht zur Schließrichtung ausführt. Dies erfolgt vorzugsweise so, dass die Relativbewegung der Werkzeughälften 1 bis 20 mm, insbesondere 2 bis 10 mm in einer Ebene senkrecht zur Schließrichtung beträgt.

Die Werkzeughälften des im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Formwerkzeugs können formende Oberflächen aufweisen, wobei eine Abwandlung des Verfahrens darin besteht, dass die formende Oberfläche, die der dem zweiten, textilen Faservlies zugeordneten formenden Oberfläche gegenüberliegt, ganz- oder teilflächig Perforationen, Bohrungen oder Öffnungen aufweist, durch die man während der Vernadelung einen Unterdruck anlegt.

Das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren führt man bevorzugt in der Weise aus, dass man mindestens Schritt c) in einem besonders ausgestalteten Formwerkzeug durchführt. Daher betrifft die Erfindung auch ein verschließbares Formwerkzeug zur Durchführung von mindestens Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, dass es in der der zweiten Faserschicht zugeordneten formenden Oberfläche ganz- oder teilflächig Bohrungen mit Düsenöffnungen aufweist, durch die unter Druck stehendes Gas, Flüssigkeit und/oder Dampfstrahl auf die zu vernadelnde Schicht durchgeleitet werden kann.

Die Anordnung der Düsenöffnungen im erfindungsgemäß zur Anwendung kommenden Formwerkzeug können verschiedene Orientierungen, Abstände, Anordnungen, Gestaltungen, Formen und Materialien aufweisen. Beispielsweise können die Düsenöffnungen sämtlich oder teilweise senkrecht zur formenden Oberfläche des Formwerkzeugs angeordnet sein.

Ganz besonders bevorzugt ist ein Formwerkzeug, das sich dadurch auszeichnet, dass die Düsenöffnungen einen Durchmesser im Bereich von 0,06 bis 0,2 mm, insbesondere im Bereich von 0,8 bis 0,13 mm aufweisen, einen Abstand im Bereich von 0,05 bis 0,2 mm, insbesondere im Bereich von 0,08 bis 0,13 mm aufweisen für den Einsatz von Wasserstrahl zur Vernadelung.

Wird dagegen Wasserdampfstrahl zur Vernadelung eingesetzt, ist erfindungsgemäß ganz besonders bevorzugt, dass die Düsenöffnungen einen Durchmesser im Bereich von 0,3 bis 1,5 mm, insbesondere im Bereich von 0,5 bis 0,9 mm aufweisen, einen Abstand im Bereich von 1 bis 4 mm, insbesondere im Bereich von 1,5 bis 2,5 mm aufweisen.

Ausführungsbeispiel:
Zunächst wurde ein dreidimensionaler Faservlies-Isolator als Dämmschicht hergestellt, verformt und gestanzt, wobei der Faservlies-Isolator aus 35 Gew.-% PES-s/c Bicomponentenfasern und 65 Gew.-% Flachsfasern bestand. Der Faservlies-Isolator wurde als „erste Faserschicht" in das Formwerkzeug verbracht.
Eine Fasermischung aus Polyester-Teppichfasern und Schmelzfasern wurde auf dem Faservlies-Isolator in mehreren Lagen abgelegt, wobei die Lagen in ihrer Ausrichtung gegeneinander versetzt waren.
Die Verfestigung der textilen Nutz-Oberfläche („zweite Faserschicht") erfolgte in der folgenden Weise:
Die der zweiten Faserschicht zugewandte (obere) Werkzeughälfte bestand aus einem druckfesten Rahmen mit einer die Kontur des Fertigteils formenden Oberfläche, den Rahmen auf der einen Seite abdeckend, und einem Boden, den Rahmen auf der anderen Seite abdeckend. Rahmen, Boden und formende Oberfläche bildeten einen abgeschlossenen, möglichst kleinen Raum, in den unter Druck stehendes Gas oder Dampf bei Raumtemperatur oder erhitzt eingeleitet werden konnte. In die formende Oberfläche waren senkrecht zur Oberfläche Bohrungen mit Düsenöffnungen eines Durchmessers von 0,6 mm in einem Abstand von 2,5 mm statistisch verteilt.
Die Werkzeughälften wurden in einer Schließvorrichtung so zueinander geführt, dass während des Schließvorgangs eine Hin- und Her-Bewegung der oberen Werkzeughälfte gegen die untere Werkzeughälfte in einer Ebene senkrecht zur Schließvorrichtung um etwa 5 bis 6 mm erfolgte.
Während des Schließvorgangs, bei einem Abstand der Werkzeughälften 15 mm von ihrer Endlage, wurde mit der Einleitung erhitzten Wasserdampfs in einen Raum hinter der formenden Oberfläche begonnen. Durch die Bohrungen und die Düsenöffnungen strömte der Heißdampf mit hoher Geschwindigkeit in Richtung auf die für die textile Nutzoberfläche abgelegten Fasern aus.
Unter fortwährender Hin- und Her-Bewegung wurde das Formwerkzeug geschlossen und anschließend zur Kühlung des vernadelten Vlieses und der Vliesanordung kalte Luft (Raumtemperatur) mit geringem Druck durch das Formwerkzeug geleitet. Nach Erkalten wurde das Formwerkzeug geöffnet und das erfindungsgemäße Formteil entnommen.
Im erfindungsgemäßen Formteil besaß das Vlies der textilen Nutzschicht eine gleichmäßig feste Oberfläche mit bauschigem Charakter. Durch den heißen Dampfstrahl waren Fasern bis in oberflächennahe Hohlräume des unter der textilen Nutzschicht liegenden Isolation (der dämmenden ersten Faserschicht) mitgerissen worden und dort mit Fasern des ersten Faservlieses verschlungen und teilweise an thermoplastische Fasern und thermoplastisches Material an- und aufgeschmolzen worden, so dass Klebepunkte entstanden. Der Schichtkörper war im Sinne der Erfindung unlösbar und zuverlässig verbunden.

Claims

Dreidimensionales Faserformteil, enthaltend eine erste verformte und verfestigte Faserschicht, die mit einer teppichartigen textilen, unverpressten, fluidstrahlverfestigten zweiten Faserschicht flächig verbunden ist.
Faserformteil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Faserschicht mit der zweiten, teppichartigen Faserschicht durch diese durchdringende Fluidstrahlen verbundenen und verfestigt ist.
Faserformteil gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Faserschicht mit der zweiten teppichartigen Faserschicht durch thermoplastische Verklebung verbunden ist.
Faserformteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Faserschicht thermoplastische Fasern enthält.
Faserformteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Faserschicht thermoplastischen und/oder duroplastischen Kunststoff und gegebenenfalls Naturfasern enthält.
Faserformteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, insbesondere für den Flugzeugbau oder Fahrzeugbau.
Verfahren zur Herstellung eines Faserformteils gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, enthaltend die Schritte a) Verpressen und gegebenenfalls dreidimensionales Verformen einer ersten textilen Faserschicht, b) Ablegen von Textilfasern auf der ersten Faserschicht in einer oder mehreren Lagen, c) Verfestigen der zweiten abgelegten Textilfasern zu einer zweiten, teppichartigen Faserschicht untereinander und Verbinden mit der ersten verpressten Faserschicht mittels Fluidstrahlvernadelung, insbesondere Druckgas-, Druckflüssigkeitsstrahl- und/oder Dampfstrahlvernadelung in situ.
Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man die erste Faserschicht vor Schritt b) stanzt, um eine unterschiedliche Kontur der jeweiligen Schichten zu erhalten, die durch die erste, verpresste Faserschicht und die zweite, teppichartige Faserschicht definiert werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass man in Schritt b) zwei, drei oder mehr Lagen von Textilfasern in definiertem Winkel zueinander im Bereich von 10° bis 150 °, insbesondere 30° bis 120° oder rechtwinklig gekreuzt ablegt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass man in Schritt c) mittels eines heißen, unter Druck stehenden Gases, einer heißen Flüssigkeit oder Dampf verfestigt und verbindet.
Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Gases, der Flüssigkeit oder des Dampfes im Bereich von 90 °C bis 220 °C, insbesondere 110 °C bis 160 °C liegt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass man Luft, Stickstoff, Wasser oder Wasserdampf einsetzt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass man die Schritte b) und c) in einem Arbeitsgang ausführt, indem man ein Faser-Flüssigkeitsgemisch oder Faser-Gasgemisch durch Düsenöffnungen auf die erste Faserschicht aufbringt und im eigenen Fluidstrahl vernadelt und gegebenenfalls in einem weiteren Schritt c) durch Fluidstrahlvernadelung verfestigt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass man mindestens Schritt c) in einem verschließbaren Formwerkzeug aus im wesentlichen zwei Werkzeughälften durchführt und während des Schließvorganges der Werkzeughälften vernadelt, wenn die Werkzeughälften sich in einem Abstand von 5 bis 30 mm, insbesondere 10 bis 20 mm von ihrer Endlage befinden.
Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeughälften des Formwerkzeugs formende Oberflächen aufweist und die formende Oberfläche, die der der zweiten, textilen Faserschicht zugeordneten formenden Oberfläche gegenüberliegt, ganz- oder teilflächig Perforationen, Bohrungen oder Öffnungen aufweist, durch die man während der Vernadelung einen Unterdruck anlegt.
Verschließbares Formwerkzeug zur Durchführung von mindestens Schritt c) des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass es in der der zweiten Faserschicht zugeordneten formenden Oberfläche ganz- oder teilflächig Bohrungen mit Düsenöffnungen aufweist, durch die unter Druck stehendes Gas, Flüssigkeit und/oder Dampfstrahl auf die zu vernadelnde Schicht durchgeleitet werden kann.
Formwerkzeug gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenöffnungen einen Durchmesser im Bereich von 0,06 bis 0,2 mm, insbesondere im Bereich von 0,8 bis 0,13 mm aufweisen, einen Abstand im Bereich von 0,05 bis 0,2 mm, insbesondere im Bereich von 0,08 bis 0,13 mm aufweisen für den Einsatz von Wasserstrahl zur Vernadelung.
Formwerkzeug gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenöffnungen einen Durchmesser im Bereich von 0,3 bis 1,5 mm, insbesondere im Bereich von 0,5 bis 0,9 mm aufweisen, einen Abstand im Bereich von 1 bis 4 mm, insbesondere im Bereich von 1,5 bis 2,5 mm aufweisen für den Einsatz von Wasserdampfstrahl zur Vernadelung.