DE102007033635A1

DE102007033635A1 - Vliesstoff-Formteil für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102007033635A1
Application number: DE102007033635A
Authority: DE
Original assignee: Johann Borgers GmbH and Co KG
Current assignee: Johann Borgers GmbH and Co KG
Priority date: 2007-03-20
Filing date: 2007-07-19
Publication date: 2008-12-11
Also published as: DE202007004002U1

Abstract

Bei einem Vliesstoff-Formteil geht man von einem Vliesstoff-Halbzeug aus, welches aus mehreren übereinander liegenden Florlagen besteht, die zueinander unterschiedlich ausgebildet sind. Jede Florlage ist aus einer Mischung von strukturbildenden Fasern einerseits und matrixbildenden Fasern andererseits aufgebaut. Bei einer Wärmebehandlung mit definierter Temperatur schmelzen nur die matrixbildenden Fasern, nicht aber die strukturbildenden Fasern. Um die mechanischen und akustischen Eigenschaften des Formteils zu verbessern wird vorgeschlagen, die matrixbildenden Fasern mindestens in jener Florlage, welche im späteren Gebrauchsfall die Abseite des fertigen Formteils erzeugt, mit einer niedrigeren Schmelzviskosität und/oder einem größeren Schmelzindex zu versehen, als die anderen Florlagen.

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Vliesstoff-Formteil der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art. Ein solches Formteil ist aus der Firmenschrift PROPYLAT der Firma Borgers (veröffentlicht 1999) bekannt. Solche Formteile werden z. B. als Unterbodenschutz in einem Fahrzeug verwendet.
Die Grundlage eines solchen Formteils ist zunächst ein Vliesstoff-Halbzeug, welches aus mehreren, übereinanderliegenden Florlagen besteht, die lageweise zueinander unterschiedlich ausgebildet sind. Jede Florlage besteht aber aus einer Fasermischung, in welcher einerseits strukturbildende Fasern mit matrixbildenden Fasern andererseits gemischt sind. Dieses Vliesstoff-Halbzeug wird einer Wärmebehandlung mit definierter Temperatur bei einem bestimmten Druck unterzogen. Dabei schmelzen zwar die matrixbildenden Fasern, nicht aber die strukturbildenden Fasern. Nach dem Abkühlen eines solchen Vliesstoff-Halbzeugs entsteht das Formteil in der für seinen Anwendungsfall spezifischen dreidimensionalen Form.
Solchen Formteilen kommen verschiedene Funktionen zu. Sie dienen zunächst dem Schutz der unteren Struktur eines Fahrzeugs. Ferner beeinflussen sie den Strömungswiderstand und wirken sich vor allem akustisch aus. Letzteres gilt sowohl für das Schallgeschehen im Inneren des Fahrzeugs als auch für jenes, welches das Fahrzeug nach außen abgibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vliesstoff-Formteil der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art zu entwickeln, dessen vorerwähnte Funktionen verbessert sind. Dies wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 erwähnten Maßnahmen erreicht, denen folgende besondere Bedeutung zukommt.
Die matrixbildenden Fasern sollen in den einzelnen Florlagen ein bestimmtes, zueinander unterschiedliches Fließverhalten aufweisen. Im Gebrauchsfall hat das Formteil zwei unterschiedliche Außenseiten, nämlich eine dem Fahrzeug zugekehrte Anlageseite und, gegenüberliegend, eine zur Umgebung hin gerichtete Abseite. Die Erfindung schlägt konstruktiv vor, mindestens in jener äußeren Florlage, welche die Abseite des fertigen Formteils bildet, die matrixbildenden Fasern mit einer niedrigeren Schmelzviskosität einzusetzen, als in den anderen darüber liegenden Florlagen. Bezogen auf den Schmelzindex, der als Melt Flow Index bezeichnet und mit MFI abgekürzt wird, besitzen die matrixbildenden Fasern der vorerwähnten äußeren Florlage einen größeren MFI, als die anderen Florlagen.
Die strukturbildenden Fasern sollen nachfolgend mit dem Begriff „Strukturbildner" und der matrixbildenden Fasern „Matrixbildner" genannt werden. Während die Matrixbildner für die Verbindung zwischen den Strukturbildnern sorgen, entstehen infolge der erwähnten Wärmebehandlung zwischen den Strukturbildnern Poren, die aufgrund der größeren Schmelzflüssigkeit des Matrixbildners in der äußeren Florlage weitgehend geschlossen sind. Auf der Abseite des Formteils entstehen also sehr kleine Poren. Auf dieser der Umgebung zugekehrten Seite des Formteils nimmt die Abhäsion zu. Das Formteil erhält dort einen paraffinischen Charakter. Die Außenschicht des erfindungsgemäßen Formteils ist hydrophob, schlagzäh, insbesondere steinschlagfest und schmutzabweisend. Sie zeichnet sich durch einen niedrigen Strömungsbeiwert, den sogenannten CW-Wert, aus. Weil die Matrixbildner in den übrigen Florlagen, vor allem in jener, welche die dem Fahrzeug zugekehrte Anlageseite des Formteils bildet, bei der vorgegebenen Temperatur der Thermofusion weniger schmelzflüssig sind, entstehen dort größere Poren, die das Schallverhalten des erfindungsgemäßen Formteils günstig beeinflussen. Dort ergibt sich eine hohe Schallabsorptionsfähigkeit.
Weitere Maßnahmen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen. In den Zeichnungen ist die Erfindung schematisch im Querschnitt und zwar in einem Ausführungsbeispiel, aber in unterschiedlichen Verfahrensstufen dargestellt. Es zeigen:
1, in starker, annähernd 5-facher Vergrößerung, eine schematische Schnittansicht durch ein Teilstück eines Vliesstoff-Halbzeugs, welches aus drei übereinanderliegenden Florlagen besteht, und zwar vor dessen Verfestigung bei einer Wärme- und Druckbehandlung, und
2, in ähnlicher Vergrößerung, das in 1 gezeigte Teilstück des Halbzeugs nach seiner Konsolidierung durch Thermofusion infolge der vorerwähnten Wärme- und Druckbehandlung.
Wie bereits erwähnt wurde, ist in 1 schematisch der Querschnitt aus einem Teilstück eines Vliesstoff-Halbzeugs 10 gezeigt, aus welchem nach der Wärmebehandlung mit definierter Temperatur und einem vorgegebenen Druck das Formteil entsteht, von dem in 2 ein entsprechendes Teilstück 20 gezeigt ist. Das Formteil 20 ist für ein Fahrzeug bestimmt, wo es z. B. als Unterbodenschutz verwendet wird. Eine andere Anwendung des Formteils 20 besteht in der Einkapselung eines Motors oder als Radhaus-Innenverkleidung in einem Fahrzeug.
Bei Gebrauch des erfindungsgemäßen Formteils 20 sind dessen beide Seiten 21, 22 zu unterscheiden. Es gibt eine dem Fahrzeug zugekehrte innere Anlageseite 21 und, gegenüberliegend, eine zur Umgebung hin gerichtete äußere Abseite 22. Diese Seiten 21, 22 sind deswegen von unterschiedlicher Beschaffenheit, weil der innere Aufbau des Halbzeugs 10 fasermäßig in der nachfolgend ausführlich geschilderten Weise lagenweise unterschiedlich ausgebildet ist.
Das Vliesstoff-Halbzeug 10 besteht aus drei Florlagen 11 bis 13. Die Außenseite der ersten Florlage 11 bestimmt die vorerwähnte Anlageseite 21 im späteren Formteil 20, während die dritte Florlage 13 die vorgenannte Abseite 22 erzeugt. Allen drei Florlagen 11 bis 13 ist gemeinsam, dass sie aus einem Fasergemisch der eingangs erläuterten Strukturbildner 31 bis 33 und Matrixbildner 41 bis 43 bestehen. Zu ihrer Unterscheidung ihrer Andersartigkeit sind die Matrixbildner in den drei Florlagen 11 bis 13 durch unterschiedliche Strichstärke dargestellt. Die Matrixbildner 41 bis 43 bestehen im Ausführungsbeispiel zwar alle aus Polypropylen-Fasern, doch weisen die drei Matrixbildner 41, 42 und 43 bei der definierten späteren Thermofusions-Temperatur eine zueinander deutlich unterschiedliche Schmelzviskosität auf. So hat der Matrixbildner 43 der äußeren, dritten Florlage 13 eine wesentlich niedrigere Schmelzviskosität als die Matrixbildner 42 und 41 in den darüber angeordneten beiden weiteren Florlagen 12, 11. Der Matrixbildner 43 wird also bei der Thermofusions-Temperatur sehr schnell und in hohem Ausmaß schmelzflüssig und sorgt daher nach der Abkühlung und dem Einfrieren für eine maximale Verfestigung der dort befindlichen Strukturbildner 33. Die Schmelzflüssigkeit der Matrixbildner 42 bei der vorgegebenen Thermofusions- Temperatur ist in der mittleren Florlage 12 demgegenüber geringer und nimmt bei den Matrixbildnern 41 noch weiter ab. Dementsprechend führen die Matrixbildner 41, 42 zu einer annähernd punktförmigen Verfestigung der zugehörigen Strukturbildner 32 einerseits und 31 andererseits. Im Einzelnen gilt hier Folgendes.
Jede Florlage 11 bis 13 des Halbzeugs 10 ist eine Fasermischung, in welcher im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Strukturbildner 31 bis 33 einerseits mit den zugehörigen Matrixbildnern 41 bis 43 andererseits in einem im Wesentlichen gleichen Gewichtsverhältnis zueinander stehen. Die zusammengehörigen Mischungspartner 31, 41 bis 33, 43 werden zunächst durch Krempeln als Faservliese erstellt und in jeder Florlage in eine Kreuzlage gebracht. Der Gewichtsanteil der Matrixbildner 41 bis 43 in den drei Florlagen 11 bis 13 sollte zwischen 45% und 55% liegen. Die Schmelzviskosität bzw. der Schmelzindex der zugehörigen Matrixbildner 41 bis 43 verändert sich, wie bereits beschrieben wurde, progressiv in den aufeinanderfolgenden Florlagen 13 bis 11. Zur Erhöhung des Zusammenhalts der drei Florlagen 11 bis 13 kann eine zusätzliche Nadelung dienen, deren Einstiche in dem Halbzeug 10 in 1 durch punktierte Pfeile 23 veranschaulicht ist. Durch eine solche Nadelung entsteht ein sogenanntes „Nadelvlies". Das Halbzeug 10 von 1 besteht vorzugsweise aus solchem Nadelvlies. In 1 ist aber die Wirkung dieser Nadelung 23 zeichnerisch nicht näher dargestellt.
Der Strukturbildner 31 bis 33 kann zwar in allen Florlagen 11 bis 13 aus im Wesentlichen gleichem Material bestehen, doch ist der Strukturbildner 32 in der mittleren Florlage 12 anders als in der inneren Florlage 11 und der äußeren Florlage 13. Die Strukturbildner 31, 32 bestehen im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus gleichem Material. Dazu sind in 1 durch übereinstimmende Striche zugehörigen Fasern 31, 33 in den Florlagen 11, 13 dargestellt. Der abweichende Strukturbildner 32 in der mittleren Florlage 12 ist durch eine Punkt-Darstellung seiner Fasern veranschaulicht.
Die Strukturbildner 31 bis 33 können aus organischem und/oder anorganischem Fasergut bestehen. Im vorliegenden Fall ist der Strukturbildner 31 und 33 der inneren und äußeren Florlage 11, 13 aus Polyester gebildet, während als Strukturbildner 32 sich vor allem Glasfasern in der mittleren Florlage 12 bewährt haben. Alternativ könnten anstelle von Polyester Aramid und anstelle der Glasfasern auch Carbonfasern verwendet werden.
Das Halbzeug 10 von 1 wird in eine beheizbare Formpresse eingelegt und dort der bereits mehrfach erwähnten Wärme- und Druckbehandlung unterzogen. Dies ist in 2 einerseits durch Druck-Pfeile 30 und andererseits durch Pfeile 40 der Wärmeeinwirkung veranschaulicht. Es findet nicht nur ein Zusammendrücken des Fasergemischs 31, 41 sowie 32, 42 und 33, 43 in den drei Florlagen 11 bis 13 statt, sondern auch die bereits erwähnte Verfestigung der Matrixbildner 41 bis 43 ihre Konsolidierung durch Thermofusion. Während die Matrixbildner 43 der äußeren Florlage 31 schichtbildend zusammengesintert sind, ist solcher Effekt wegen des erwähnten unterschiedlichen Schmelzverhaltens in der mittleren Florlage 12 demgegenüber geringer und nimmt in der inneren Florlage 11 noch weiter ab. Dies ist in 2 schematisch durch unterschiedliche Größen – durch eine unterschiedlich große Plaques-Bildung 14, 24, 34 in den entsprechenden verfestigten Florlagen 11 bis 13 – veranschaulicht.
Infolge dieser unterschiedlichen Plaques-Bildung entstehen unterschiedliche Porengrößen in den drei zusammengedrückten Lagen 11 bis 13 von 2. Man erhält, vor allem zur äußeren Abseite 22 des Formteils 20 hin verhältnismäßig kleine Poren 35 zwischen den dortigen Strukturbildnern 33. Die Abseite 22 des fertigen Produkts 20 ist im Wesentlichen geschlossen. Wie 2 verdeutlicht, sind die entsprechenden Poren 25 in der mittleren Florlage 12 des Fertigprodukts 20 demgegenüber größer, werden aber von der Größe der Poren 15 in der inneren Florlage 11 übertroffen.

10: Vliesstoff-Halbzeug
11: erste, innere Florlage (1, 2)
12: zweite, mittlere Florlage (1, 2)
13: dritte, äußere Florlage (1, 2)
14: Plaquesbildung von 41 (2)
15: Poren in 11 (2)
20: Vliesstoff-Formteil (2)
21: innere Anlageseite von 20 (2)
22: äußere Abseite von 20 (2)
23: Linie des Nadelungs-Einstichs in 10 (1)
24: Plaquesbildung von 42 (2)
25: Poren in 12 (2)
30: Pfeil der Druckausübung zur Erzeugung von 20 (2)
31: Strukturbildner in 11 (1)
32: Strukturbildner in 12 (1)
33: Strukturbildner in 13 (1)
34: Plaquesbildung von 43 (2)
35: Poren in 13 (2)
40: Pfeil der Wärmeeinwirkung zur Erzeugung von 20 (2)
41: Matrixbildner in 11 (1)
42: Matrixbildner in 12 (1)
43: Matrixbildner in 13 (1)

Claims

Vliesstoff-Formteil (20) für Fahrzeuge mit einer dem Fahrzeug zugekehrten Anlageseite (21) und einer zur Umgebung hin gerichteten Abseite (22), wobei das Formteil (20) aus einem Vliesstoff-Halbzeug (10) entsteht, das in der Folge einer Wärmebehandlung (40) mit definierter Temperatur und einem bestimmten Druck (30) unterzogen wird, das Vliesstoff-Halbzeug (10) aus mehreren übereinanderliegenden Florlagen (11 bis 13) besteht, die lagenweise zueinander unterschiedlich ausgebildet sind, und jede Florlage (11 bis 13) aus einer Mischung von strukturbildenden Fasern (Strukturbildner 31 bis 33) einerseits und matrixbildenden Fasern (Matrixbildner 41 bis 43) andererseits bestehen, wobei zwar die Matrixbildner (41 bis 43), nicht aber die Strukturbildner (31 bis 33) bei der Wärmebehandlung (40) schmelzen, und – nach dem Abkühlen – die Matrixbildner (41 bis 43) das Formteil (20) verfestigen, dadurch gekennzeichnet, dass der Matrixbildner (43) in jener äußeren Florlage (13), welche die Abseite (22) des späteren Formteils (20) erzeugt, eine niedrigere Schmelzviskosität aufweist und/oder einen größeren Schmelzindex (Melt Flow-Index; MFI) besitzt als in den anderen Florlagen (12, 11).
Formteil (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Florlagen (11 bis 13) in seinem Vliesstoff-Halbzeug (10) untereinander durch Nadelung (23) verbunden sind und ein Nadelvlies erzeugen, welches dann der Wärme- und Druckbehandlung (40, 30) unterzogen wird.
Formteil (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in aufeinanderfolgenden Florlagen (11 bis 13) die Schmelzviskosität und/oder der Schmelzindex des Matrixbildners sich progressiv verändert.
Formteil (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrixbildner (43) der äußeren Florlage (13) die niedrigste Schmelzviskosität und diejenigen (41) der inneren Florlage (11) die höchste Schmelzviskosität aufweisen.
Formteil (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis der Faser-Mischung aus den Strukturbildnern (31 bis 33) und den Matrixbildnern (41 bis 43) in allen Florlagen (11 bis 13) des Vliesstoff-Halbzeugs (10) im Wesentlichen gleich ist.
Formteil (20) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsanteil der Matrixbildner (41 bis 43) in den Florlagen zwischen 45% und 55% beträgt.
Formteil (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Matrixbildner (41 bis 43) aus Polypropylen-Fasern besteht.
Formteil (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturbildner (31, 33) in allen Florlagen aus zueinander im Wesentlichen gleichem Material bestehen.
Formteil (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Strukturbildner (32) in wenigstens einer der Florlagen (12) aus einem anderen Material als in den anderen Florlagen (12) besteht.
Formteil (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturbildner (31 bis 33) aus organischem Material und/oder aus anorganischem Material bestehen.
Formteil (20) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Material der Strukturbildner (31 bis 33) Polyester und/oder Aramid ist.
Formteil (20) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das anorganische Material des Strukturbildners (32) Glasfasern und/oder Carbonfasern ist.
Formteil nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturbildner in einer Florlage aus einem Gemisch von organischen und anorganischen Fasern bestehen.
Formteil (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug (10), welches der Wärme- und Druckbehandlung (40, 30) unterzogen wird, sich aus mindestens drei Florlagen (11 bis 13) zusammensetzt.
Formteil (20) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Strukturbildner (32) in der mittleren (12) oder in den mittleren Florlagen des Vliesstoff-Halbzeugs (10) oder des Nadelvlieses im Wesentlichen aus anorganischen Fasern besteht.
Formteil (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturbildner (31, 33) mindestens in den beiden äußeren Florlagen (11, 13) des Vliesstoff-Halbzeugs (10) oder des Nadelvlieses im Wesentlichen aus organischem Material bestehen.
Formteil (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (20) als Unterbodenschutz in einem Fahrzeug ausgebildet ist.
Formteil (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (20) zur Einkapselung eines Motors dient und vorzugsweise für ein Fahrzeug bestimmt ist.
Formteil (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (20) als Radhaus-Verkleidung für ein Fahrzeug ausgebildet ist.