DE3007343A1

DE3007343A1 - Verfahren zur herstellung von formteilen aus faservlies

Info

Publication number: DE3007343A1
Application number: DE19803007343
Authority: DE
Inventors: Dieter 4290 Bocholt Eisele
Original assignee: Johann Borgers GmbH and Co KG
Current assignee: Johann Borgers GmbH and Co KG
Priority date: 1980-02-27
Filing date: 1980-02-27
Publication date: 1981-09-10

Description

Kennwort: Formvlies
Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Faservlies Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus einem Faservlies, dessen Fasergut kardiert und ggf. gekrempelt oder kreuzgelegt sowie durch Nadeln auf betimmte Dicke vorverfestigt wird, dann das Fasergut einem Bindungsprozeß mit Wärmebehandlung unterworfen, und dieses Vlies in Teilstücke geschnitten wird, und diese Teilstücke einer Wärmebehandlung sowie einem Formungsprozeß mit nachfolgender Verfestigung der erlangten Form ausgesetzt werden.
Formteile aus verfestigten Faservliesen sind in mannigfaltig verschiedenen Ausführungen seit Jahren im Einsatz. Die dabei verwendeten Faservliese bestehen aus den verschiedensten Fasermaterialien, die durch thermoplastische Bindemittel zusammengehalten werden, die z.B. auf Styrol-Butadien-Basis aufgebaut oder aus Acrylsäure hergestellt sind, womit das Fasergut einseitig benetzt und zum Teil durchsetzt ist. Bei der Herstellung einer Faservliesbahn, die durch Kardieren,.Krempeln und Kreuzlegen des Fasergutes gebildet und durch entsprechende Vernadelung in gewünschter Dicke zunächst mechanisch vorverfestigt und dann durch die Zugabe des Bindemittels zusammenhaftend verfestigt wird, muß immer ein Trocknungs- oder Aushärtungsvorgang vorgesehen werden, um das Lösungsmittel des Binders zu verflüchtigen, bevor eine Weiterverarbeitung erfolgt. Danach kann der Binder durch Aufheizung erweicht werden, wodurch das Vlies - thermoplastisch - verformbar wird. Im Zustand höchster Plastizität des Binders kann ein Vlies-Teilstück erst verformt werden.
Nach Erreichen der gewünschten Form muß dann für entsprechende Abkühlung gesorgt werden. Dies geschieht meist durch eine gekühlte, metallene Preßform.
Im Zusammenhang mit dem jeweils verwendeten Bindemittel haben diese Verfahren zur Herstellung von Formteilen und die Formteile selbst erhebliche Nachteile. Zunächst ist der Trocknungs-bzw. Aushärtungsvorgang zur Verflüchtigung des Lösungsmittels des Binders und die Wiederaufheizung eines Vlies-Teilstückes zur plastischen Verformung sehr energieaufwendig und damit teuer.
Bindemittel, die nur geringe Trocknungswärme und geringe Wiederaufheizungswärme zur plastischen Verformung benötigen, bieten bei später erhöhten Gebrauchstemperaturen nicht genügend Bindefestigkeit, und die damit hergestellten Formteile unterliegen latent der Gefahr der Rückformung. Andere Bindemittel, die dem Formteil genügend Standfestigkeit und Stabilität vermitteln, benötigen hohe Wärmemengen für die Trocknung bzw. Aushärtung und auch für die Wiedererweichung. Bei sparsamem Gebrauch der Wärmeenergie besteht die Gefahr der Faltenbildung, wenn der Binder noch nicht genügend plastisch erweicht ist. Daneben ist die Beseitigung der umweltbelastenden Restmonomere der Lösungsmittel der Binder, die bei der Trocknung bzw. Aushärtung entweichen, ein beträchtliches Problem. Auch die Beseitigung von binderhaltigen Vlies-Abfällen, die kaum wirtschaftlich regenierbar sind, ist nicht unproblematisch. Darüber hinaus erhöhen die Bindemittel, die mit 30% bis 40% am Gesamtgewicht eines Formteiles aus Faservlies beteiligt sind, unerwünschterweise die Rohdichte (kg/m3) deutlich.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, das auf einfachere Weise und kostengünstiger die Herstellung von Formteilen aus Faservlies ermöglicht.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß mindestens eine Teilmenge des Fasergutes selbst aus Fasern aus zumindest mantelseitig bindungswirksam schmelzbarem Werkstoff besteht und die Vlies-Teilstücke in der Hitze formgepreßt werden, wobei die Wärmebehandlung des Bindungsprozesses und des Formungsprozesses gleichzeitig abläuft.
Durch dieses Verfahren wird ein eigens zur Verfestigung zugegebenes Bindemittel nicht mehr benötigt. Es resultiert ein ganz anderes Verfahren: Es wird nicht mehr verfestigtes Plattenmaterial erweicht und dann geformt, sondern weiches Flausch-Material geformt und dann verfestigt. Eine Bindung des Fasermateriales findet erst nach dem Formungsprozeß statt. Wegen der dabei nur einmal vorkommenden Aufheizung ergibt sich eine erhebliche Vereinfachung der Herstellung mit enormer Energie-Einsparung. Die gesamten Verfahrens-Einrichtungen, die zur Zubereitung des Bindemittels, zur Zugabe des Bindemittels zum Fasergut und zur Verdampfung des Lösungsmittelanteiles bzw.
der Aushärtung des Binders dienen, entfallen. Auch die gerade mit diesen Verfahrensschritten verbundene Umweltbelastung ist beseitigt. Es werden geringere Schnittkräfte für das Zuschneiden des weichen, nur durch Vernadelung vorverfestigten Fasergutes benötigt. Abfälle sind leicht aufzubereiten und wieder zu verwenden. Durch das Fehlen eines Bindemittels wird ein leichtes, dennoch formstabiles Formteil erzeugt.
Die bei diesem Verfahren mindestens in einer Teilmenge des Fasergutes verwendeten Fasern aus wenigstens mantelseitig bindungswirksam schmelzbarem Werkstoff sind vorteilhafterweise als Kern-Mantel-Fasern ausgebildet, die einen höherschmelzenden Kern besitzen. Dieser erst bei höherer Temperatur schmelzende Kern verleiht dem Faservlies und dem daraus hergestellten Formteil auch bei erhöhter Gebrauchs temperatur hohe Formsteifigkeit und Elstatizität, die mit einem herkömmlichen Faservlies mit Bindungsmittel nicht erreichbar wären. Die bleibende Verfestigung wird durch den aufschmelzenden Mantel, dessen Werkstoffmasse im Faservlies mit allen angrenzenden und anstoßenden Fasern eine adhäsive Bindung eingeht, erreicht.
Es genügt dabei, daß der Anteil an Kern-Mantel-Fasern wenigstens 25% des gesamten Fasergutes ausmacht. Die zum Aufschmelzen des Mantels erforderliche Aufheizung des Fasergutes braucht dabei nur sehr kurzzeitig zu erfolgen, was sparsamsten Energieeinsatz ermöglicht. Eine Faltenbildung im Formteil, wie sie bei herkömmlichem Faservlies mit Bindungsmittel bei sparsamem Energieeinsatz leicht möglich war, ist völlig ausgeschlossen, da das weiche Fasergut bereits in die endgültige Form gebracht ist, bevor eine Verfestigung einsetzt. Eine Binder-Erweichung ist nicht mehr erforderlich. Selbst bei nicht ganz erschmolzenem Mantel des Kern-Mantel-Faseranteils wird eine genügend forms-tabilisierende Verfestigung des Fasergutes erreicht. Besonders bewährt haben sich für exakte Ausformunci, hohe Maßhaltigkeit und Formstabilität der Formteile Ken-M;intel-Fasern aus Polypropylen.
Normal ist es, daß während des Formpressens die Patrize der Preßform auf dieselbe Temperatur aufgeheizt wird, wie die Matrize. Der Verfestigungsprozeß läßt sich jedoch günstig dadurch beeinflussen, daß während des Formpressens die Patrize gegenüber der Matrize unterschiedlich stark beheizt wird, insbesondere, wenn die Patrize auf eine erhöhte Temperatur gegenüber der Matrize gebracht wird. Dabei braucht die Matrize noch nicht einmal eine Temperatur in Höhe des Schmelzpunktes des Mantels der Kern-Mantel-Faser zu erreichen. Es genügt, wenn von der Partize einseitig die nötige Schmelzwärme ausgeht.
Mit dieser Maßnahme ist wiederum ein sparsamer Energie-Einsatz möglich. Außerdem entstehen Formteile von hoher Elastizität.
Das Ausmaß der erreichbaren Elastizität kann durch de dosierte Aufheizung beinflußt werden, was bei den herkömmlichen Faservliesen mit Bindemittel nicht möglich war.
Daneben können besondere Verfestigungseffekte im Formteil dadurch erreicht werden, daß die Matrize und/oder die Patrize der Preßform mit stegartigen Erhöhungen oder Wölbungen versehen sind. Es lassen sich damit strukturgebende Vertiefungen oder Sicken erzeugen, die eine hohe Formhaltigkeit bei großflächigen Formteilen mit sich bringen.
Als ein weiterer besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist zu erwähiien, daß die Herstellung von Formteilen erheblich schneller erfolgen kann. Insbesondere kann das preßgeformte und verfestigte Vlies-Teilstück von einem Teil der Preßform befreit - insbesondere von der Matrize - abgekühlt werden. Dies ist 1i h( --kömmlichem Faservlies mit Bindungsmittel nicht mit gle scher SicI rheit auf Maßhaltigkeit und Exaktheit der Ausf(rmuns möglich, da dort eine Verfestigung des Bindemittels durch Abkül Lung unbedingt abgewartet werden muß. Bei dem erfindungsgemäßon Verfahren kann dagegen die Wärmekapazität des Fasergutes zur sofortigen Abkühlung nach der schnellen Aufheizung der Oberflächen der Fasern ausgenutzt werden.
In der Zeichnung ist in verschiedenen Ausführungsbeispielen die Erfindung näher beschrieben. Es zeigen: Fig.1 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eirr Kern-Mantel-Faser, Fig.2 die kreuzung einer Kern-Mantel-Faser mit einer NorlllfE;er nach der Erhitzung und Aufschmelzung des Mantels, Fig.3 die Kreuzung zweier Kern-Mantel-Fasern nach der Erhitzung und Aufschmelzen der Mantel-Partien, Fig.4 einen Schnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig.2, Fig.5 einen Schnit entlang der Linie V-V in Fig.3, Fig.6 ein aus vorverfestigtem Faservlies hergestelltes Vlies-Teilstück mit Quereinschnitten, Fig.7 die Ausformung des Vlies-Teilstückes der Fig.6 und Verfestigung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu einer Rohrisolierung, Fig.8 eine Preßform mit dazwischen gelegtem, zugeschnittenen Vlies-Teilstück, Fig.9 Preßform nach Fig.8 in zusammengepreßtem Zustand, Fig.10 das nach der Erhitzung verfestigte Formteil bei.
abgenommener Matrize.
Wie aus Fig.1 erkennbar ist, besteht die Kern-Mantel-Faser aus einem Kern 11, aus Material mit höherer Temperaturbeständigkeit als ein diesen Kern 11 umgebender Mantel 12. Der Mantel 12 ist mit dem Kern 11 innig verbunden-. Die Dicke 13 des Mantels 12 ist über die Länge der Faser weitgehend konstant. Sie macht einen beträchtlichen Teil der Gesamtfaserdicke aus. Der Mantel 12 erreicht Schmelzflußzustand bei niedrig.erer Temperatur als der Kern 11.
Derartige Kern-Mantel-Fasern 10 werden auf bestimmte durchschnittliche Länge geschnitten und - entweder in reiner Form, ungemischt, oder in bestimmten Anteilen mit anderen Fasern gemischt - zu einer Faserbahn kardiert und ggf. gekrempelt und kreuzgclc und durch mehrfache Vernadelung auf eine bestimmte Dicke vorverfestigt.
Dieses lediglich vorverfestigte Vlies wird in Teilstücke 14 geschnitten und zwischen eine Preßform 15, 16 gebracht, wie aus Fig.8 erkennbar ist. Die Preßform besteht aus einer Patrize 15 und einer Matrize 16. In zusammengefügtem Zustand bleibt ein Hohlraum 17, dessen Kontur das Vlies-Teilstück annehmen soll. Nach Zusammenfügen der Patrize und Matrize wird das Vlies-Teilstück 14, das, wie Fig.9 zeigt, in die gewünschte Form gebracht ist, kurzzeitig erhitzt. Dazu werden insbesondere die den Hohlraum 17 der Preßform bildenden Flächenbereiche aufgeheizt. Die so erzeugte Wärme überträgt sich auf das Fasergut, dessen Kern-Mantel-Fasern mantelseitig zu schmelzen beginnen.
Die Schmelze des Mantels legt sich adhäsiv an die anstoßenden Fasern an.
Wie in Fig.2 und 3 dargestellt, lagert sich die Mantelschmelze 18, sich sammelnd, in den Kreuzungspunkten 19 an. Dabei spielt es keine Rolle, ob die Kreuzung aus einer Kern-Mantel-Faser 10 mit einer Normalfaser 20 entstanden ist, oder gar aus zwei Kern-Mantel-Fasern 10 (Fig.3). Im Idealfall umschließt die Schmelze 18 den Kreuzungspunkt 19 tröpfchenartig. Eine derartige Verbindung ist besonders stabil. Es genügt jedoch bereits, eine adhäsive Anlagerung der Schmelze an einem Teil des Umfanges der jeweils kreuzenden Faser, um eine genügend feste Verbindung zu erzeugen.
Das zwischen Patrize 15 und Matrize 16 gepreßte Fasergut des Vlies-Teilstückes 14 (siehe Fig.9) geht unter der Erhitzung eine Vielzahl solcher Verbindungen an den Kreuzungspunkten 19 seiner Fasern ein. Dazu ist nur eine kurzzeitige Erhitzung erforderlich.
Nach einer bestimmten Zeit der Erhitzung und Bindung kann die Preßform bereits wieder geöffnet und insbesondere die Matrize vom Formteil entfernt werden. Schon kurz nach der einsetzenden Abkühlung ist die Mantelschmelze 18 der Kern-Mantel-Faser bereits wieder erstarrt und das Fasergut insgesamt in der gewünschten Form stabilisiert und verfestigt. Ein Formteil 21 ist entstanden (siehe Fig.10).
Im Normalfall haben Patrize 15 und Matrize 16 gleiche Temperatur.
Von beiden Hälften der Preßform wird daher eine nahezu gleiche Wärmemenge an das Fasergut abgegeben. Die Mantelpartien 12 der Kern-Mantel-Fasern nehmen daher von zwei Seiten ihre Mantel-Schmelzwärme auf. Dies führt zu einer durch die Dicke 22 des Formteils 21 hindurchgehenden gleichmäßigen Verfestigung.
Besondere Verfestigungseffekte lassen sich durch unterschiedliche Beheizung von Patrize 15 und Matrize 16 erzielen. Wenn z.B. die Patrize höher beheizt wird als die Matrize, bilden sich bevorzugt auf der Seite der Patrize die Faserverbindungen durch das Aufschmelzen der Mantelpartien der Kern-Mantel-Faser aus.
Es kann so eine nicht ganz durch die Dicke 22 des Formteils 21 hindurchgehende Verfestigung erreicht werden, so daß ganz bestimmte Bereiche des Formteiles 21 elastischer bleiben als andere. So kann bei dem in Fig.10 gezeigten Formteil 21 die auf der Patrize 15 aufliegende Seite 23 gegen über der von der Matrize befreiten Seite 24 stärker verfestigt sein. Diese einseitig erhöhte Verfestigung des Fasergutes läßt sich vor allem bei konkaven Wölbungen am Formteil nutzen, da diese Partien bei der Formung der Patrize 15 und Matrize 16 stärker verdichtet werden und das Fasergut danach strebt, sich wieder auszudehnen und zu strecken. Eine Verfestigung der verdichteten Fasergut Partien kommt einer Stabilisierung der gesamten Form gleich.
Einige praktische Anwendungsbeispiele sollen nachfolgend beschrieben werden: Beispiel 1: Bei dem in Fig.6 gezeigten Fasergut handelt es sich um ein durch Krempeln und Kreuzlegen gebildetes Vlies von 1500 g/m2 von einer Gesamthöhe 26 von 12 mm, bestehend aus 60% Polyester-Faserabfällen und 40% Polypropylen-Kern-Mantel-Fasern. Das ebene, durch Nadelung vorverfestigte Vlies, wird mit Quereinschnitten 25 bis auf eine unversehrte Resthöhe 27 versehen und gemäß Fig.7 längs um eine rohrförmige Patrize gelegt und mit Hilfe einer schließbaren, manschettenartigen Matrize 16 zusammengepreßt. Nach einer Aufheizzeit und Bindezeit von insgesamt 420 Sekunden kann die manschettenförmige Matrize 16 zur vollständigen Abkühlung wieder abgenommen werden. Es entsteht ein Formteil 21, das als Rohrisolierung Verwendung findet.
Beispiel 2: Durch Krempeln und Kreuz legen wird ein Faservlies von 700 g/m2 gebildet, das durch mehrfache Vernadelung auf eine Gesamthöhe von 6,2 mm vorverfestigt wird. Das Fasergut des Vlieses besteht zu 25% aus 18 den/64 mm weißer Polypropylen-Kern-Mantel-Faser und zu 75% aus 6 den/51 mm weißer normaler Polypropylen-Faser. Die vorverfestigten, zugeschnittenen Vlies-Teilstücke werden formgepreßt zwischen einer Matrize, die - mit Hilfe von Thermostaten - auf 90° C und einer Patrize, die auf 1300C genau gehalten wird. Nach einer Einwirkzeit von 312 Sekunden wird die Matrize abgenommen und das Formteil - ein Bodenformteil für Automobile - wird weiter abgekühlt.
Beispiel 3: Durch Krempeln und Kreuzlegen wird ein Faservlies von 1000 g/m2 gebildet, das durch Mehrfachvernadelung auf eine Gesamthöhe von 8 mm vorverfestigt wird und zu 100% aus 18 dtex/80 mm Kern-Mantel-Faser besteht. Das vorverfestigte, zu Vlies-Teilstücken geschnittene Fasergut wird zwischen einer Matrize und Patrize eingepreßt und auf 138° C kurzzeitig erhitzt. Die Matrize ist hierbei so ausgenommen, daß im verfestigten Formteil - einer Dachauskleidung für Automobile - strukturgebende und formverstärkende Sicken entstehen.
Beispiel 4: Durch Kardieren und Kreuzlegen sowie einer leichten Vernaaelun wird ein aus 100% Kern-Mantel-Faser bestehendes Vlies von 200 g/m2 und 12 mm Gesamthöhe gebildet und vorverfestigt. Die zugeschnittenen Vlies-Teilstücke werden in einer aus Lochblechen gebildeten Preßform eingepreßt und in einem Autoklaven bei 1400C verfestigt. Es entsteht ein sehr elastisches Formteil für Miederwaren.
Die dargestellten Beispiele lassen das Wesen der Erfindung deutlich werden. Natürlich können noch andere Variationen des Verfahrens zur Herstellung von Formteilen aus Faservlies anewendet werden, insbesondere können auch andere, in der Hitze adhäsiv sich bindende Faserarten verwendet werden.
Kennwort: "Formvlies" Bezugszeichenliste 10 Kern-Mantel-Faser 11 Kern 12 Mantel 13 Dicke des Mantels 14 Vlies-Teilstück, vorverfestigt 15 Patrize einer Preßform 16 Matrize einer Preßform 17 Hohlraum der Preßform 18 Mantelschmelze 19 Kreuzungspunkt 20 Normalfaser 21 Formteil 22 Sicke des Formteils 23 Patrizenseite des Formteils 24 Matrizenseite des Formteils 25 Quereinschnitte 26 Gesamthöhe 27 Resthöhe, unversehrt Leerseite

Claims

Kennwort: FormvlieS Ansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus einem Faservlies, dessen Fasergut kardiert und ggf.. gekrempelt oder kreuzgelegt sowie durch Nadeln auf bestimmte Dicke vorverfestigt wird, dann das Fasergut einem Bindungsprozeß mit Wärmebehandlung unterworfen, und dieses Vlies in Teilstücke geschnitten wird, und diese Teilstücke einer Wärmebehandlung sowie einem Formungsprozeß mit nachfolgender Verfestigung der erlangten Form ausgesetzt werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß mindestens eine Teilmenge des Fasergutes aus Fasern aus wenigsten mantelseitig bindungswirksam schmelzbarem Werkstoff besteht und die Vlies-Teilstücke (14) in der Hitze formgepreßt werden, wobei die Wärmebehandlung des Bindungsprozesses und des Formungsprozesses gleichtzeitig abläuft.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bindungswirksam schmelzbare Fasergut aus Kern-Mantel-Fasern (10), die einen höherschmelzenden Kern (11) besitzen, besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Kern-Mantel-Fasern (10) wenigstens 25% des Fasergutes ausmacht.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kern-Mantel-Faser (10) aus Polypropylen besteht.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß während des Formpressens die Patrize (15) der Preßform unterschiedlich gegenüber der Matrize (16) beheizt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize (16) und/oder die Patrize (15) der Preßform zur Erzeugung von strukturgebenden Vertiefungen oder Sicken im Formteil (21) mit entsprechenden, stegartigen Erhöhungen oder Wölbungen versehen sind.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfestigung der durch Pressen erlangten Form des Vlies-Teilstückes (14) mittels Wärmeeinwirkung erzielt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das preßgeformte und verfestigte Vlies-Teilstück (14) von einem Teil der Preßform befreit - insbesondere von der Matrize (16) - abgekühlt wird.