Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbundschichtkörper, insbesondere für die Innenverkleidung von Fahrzeugkabinen und zur Abdeckung von Lärmquellen, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Werkstoffe und Bauelemente für die vorgenannte Verwendung sind in mindestens zwei unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Die eine Ausführungsform, die beispielsweise in der US-PS 4 755 416 beschrieben ist, besteht aus einer Kunststoffolie, die eine Vielzahl als Resonanzräume wirksame Vertiefungen aufweist. Durch geeignete Wahl der Dicke der Folie und der Abmessungen der Vertiefungen ist es möglich, das Maximum der glockenförmigen Schallabsorptionskurve in einen vorgegebenen Frequenzbereich zu verschieben und eine optimale Absorption der auftreffenden Schallenergie zu erreichen.
Nachteilig an dieser Ausführungsform ist, dass der Ausgangswerkstoff und dessen Verarbeitung relativ teuer sind, dass der Werkstoff und das fertige Bauelement weder die für die Innenverkleidung von Fahrzeugen erwünschte Wärmeisolation und Polsterwirkung noch die erforderliche inhärente Steifigkeit aufweisen. Die andere Ausführungsform, die beispielsweise in der CH-PS 462 024 beschrieben ist, besteht aus einem Wirrfaservlies, dessen Fasern nur schwach verdichtet und mit wenig Bindemittel verklebt sind, so dass das Vlies eine Vielzahl schallabsorbierender Poren aufweist. Durch geeignete Auswahl der Dicke des Vlieses, der Verdichtung der Fasern und der Menge des Bindemittels können der Verlauf der Kurve für die Schallabsorption in Abhängigkeit von der Frequenz der einfallenden Schallenergie und der quantitative Wert der Schallabsorption deutlich beeinflusst werden.
Zu den Vorteilen dieser anderen Ausführungsform gehören das relativ billige Ausgangsmaterial und dessen kostengünstige Verarbeitung. Nachteilig ist, dass die Schallabsorption sowie die mögliche gute Wärmeisolation und Polsterwirkung nur mit einer schwachen Verdichtung der Fasern und einer kleinen Menge an Bindemittel erreicht werden, während die angestrebte inhärente Steifigkeit des Materials eine starke Verdichtung und eine grosse Menge Bindemittel erfordert.
Der vorliegenden Erfindung lag darum die Aufgabe zugrunde, einen Verbundschichtkörper zu schaffen, der eine grosse Eigensteifigkeit, eine optimale Schallabsorption sowie gute Wärmeisolation und Polsterwirkung aufweist und aus billigem Ausgangsmaterial kostengünstig hergestellt werden kann.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit einem Verbundschichtkörper der eingangs genannten Art gelöst, der durch die Merkmale des Anspruchs 1 gekennzeichnet ist; d.h. mit mindestens einer formstabilen und porösen Trägerschicht, enthaltend endlos gesponnene und zu einer Matte gelegte Fasern, die an ihren Berührungspunkten mittels einer Kunstharzmischung aneinander befestigt sind, und mit mindestens einer schallabsorbierenden, luftdurchlässigen Polsterschicht, enthaltend zu einem Wirrfaservlies gestreute Kurzfasern, die mittels eines Kunstharzbinders zusammengehalten sind, welche Schichten flächig aneinander liegen und deren endlose Fasern bzw. Kurzfasern in den aneinanderliegenden Oberflächen der Schichten mit aus der Trägerschicht ausgeflossenem Kunstharzmischung miteinander verbunden sind.
Bei dem erfindungsgemässen Verbundschichtkörper kann die Schallabsorption der Polsterschicht optimiert werden, weil die Steifigkeit von der Trägerschicht gegeben ist, die ihrerseits die Schallabsorption der Polsterschicht nicht beeinträchtigt, weil sie porös ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verbundschichtkörpers ist an den beiden Oberflächen der schallabsorbierenden Polsterschicht je eine Trägerschicht und auf der Aussenseite der einen Trägerschicht eine poröse Dekorfolie und auf der Aussenseite der anderen Trägerschicht eine einfache Deckschicht angeordnet.
Ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen des erfindungsgemässen Verbundschichtkörpers ist durch die Merkmale des Anspruchs 12 gekennzeichnet, d.h., dass für die Trägerschicht aus endlos gesponnenen Mineral- und/oder Kunststoffasern gebildete Rovings zu einer Fasermatte gelegt werden und diese Matte mit einer eindickbaren Kunstharzmischung imprägniert wird und nach dem Eindicken der Kunstharzmischung aus der Fasermatte Formstücke geschnitten werden, dass für die Polsterschicht eine Streuung aus geschnittenen Natur- und/oder Kunstfasern mit einem eingelagerten pulverförmigen Kunstharzbinder abgelegt und durch Erwärmen und Vorpolymerisieren des Kunstharzbinders zu einem Wirrfaservlies verdichtet wird,
dass mindestens ein Formstück aus der Fasermatte und mindestens ein praktisch gleich grosses Formstück des Faservlieses aufeinander gelegt und unter Einwirkung von Druck und Wärme gepresst werden, bis die Kunstharzmischung und der Kunstharzbinder polymerisiert sind und die Fasermatte zu einer porösen Trägerschicht versteift und das Wirrfaservlies zu einer luftdurchlässigen Polsterschicht geformt und beide Schichten dauerhaft miteinander verbunden sind.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der anmeldungsgemässen Erfindung mit Hilfe der Figuren beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Teil des Querschnitts durch eine mit einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verbundschichtkörpers hergestellte Innenverkleidung einer Autotür,
Fig. 2 einen Teil des Querschnitts durch eine aus einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemässen Verbundschichtkörpers hergestellte Innenabdeckung einer Motorraumabdeckung,
Fig. 3a bis 3f die schematische Darstellung einzelner Vorrichtungen einer Anlage zur Herstellung des erfindungsgemässen Verbundschichtkörpers und des Schnitts durch ein reliefartig geformtes Werkstück.
Der deutlicheren Darstellung wegen sind die Fig. 1 und 2 nicht massstäblich und die Fig. 3a bis 3f nur schematisch gezeichnet.
Die Fig. 1 zeigt einen Teil des Querschnitts durch eine schallabsorbierende Innenverkleidung an einer Autotür. Diese Innenverkleidung besteht aus einem Verbundwerkstoff mit fünf Schichten, einem mittleren Wirrfaservlies 10, an dessen Aussenseiten zwei Glasfasermatten 11, 12 anliegen, von denen die in den Innenraum des Autos gerichtete Matte mit einer textilen Dekorfolie 13 und die gegen die Karosserie gerichtete Matte mit einer Abdeckschicht 14 belegt ist. Die Ab deckschicht weist im Bereich des inneren Endes der Innenverkleidung (in der Figur links) eine Aussparung auf, in der eine Platte 16 aus einem handelsüblichen SMC (sheet molding compound) an die Glasfasermatte 11 angelegt und mit dieser dauerhaft verbunden ist.
Die Platte ist zum mechanischen Verstärken der Innenverkleidung vorgesehen, beispielsweise im Bereich eines (gestrichelt gezeichneten) Scharniers, das mittels einer durch eine Bohrung 17 geführten (ebenfalls gestrichelt gezeichneten) Schraube befestigt ist.
Die Innenverkleidung enthält weiter eine reliefartige Ausformung 18. In der dem Innenraum des Autos zugewandten Seite dieser Ausformung ist eine weitere Platte 19 aus einem handelsüblichen SMC mit der benachbarten Glasfasermatte 12 verbunden. Die Ausformung ist zum versenkten Einbau einer Fensterkurbel vorgesehen, wozu die Platte und die Innenverkleidung ein Durchgangsloch 21 aufweisen.
Die Fig. 2 zeigt wiederum schematisch den Querschnitt durch einen Teil einer schallabsorbierenden Abdeckung einer Motorhaube. Diese Abdeckung besteht aus einer mittleren Glasfasermatte 26, an deren beiden Oberflächen je ein Wirrfaservlies 27 bzw. 28 anliegt. Die beiden Aussenflächen der Wirrfaservliese sind mit porösen Abdeckschichten 29 bzw. 31 abgedeckt.
Diese Abdeckung weist auf der gegen den Motor gerichteten Innenfläche in der Längsrichtung verlaufende, eingeprägte Nuten 32, 33, 34 auf, denen aus der gegen die Motorhaube 36 gerichteten Aussenfläche vorstehende Rippen entsprechen. Diese Rippen liegen an der Motorhaube an und sind mit einem geeigneten Kleber mit dieser verklebt. Das Befestigen der schallabsorbierenden Abdeckung mit einem vorgegebenen Abstand d von der Motorhaube erhöht die Schallabsorption. Diese Erscheinung ist jedem Fachmann bekannt, weshalb darauf nicht näher eingegangen wird.
Das Verfahren zum Herstellen des als schallabsorbierende Verkleidung verwendbaren Verbundschichtkörpers wird nun mit Hilfe der stark vereinfachten Fig. 3a bis 3f beschrieben.
Für das Herstellen der Glasfasermatte wird eine erste Vorrichtung gemäss der Fig. 3a verwendet. Diese Vorrichtung enthält eine Spinndüse 41 zum Spinnen von Glasfasern 42, die zu Rovings 43 gebündelt werden. Die Rovings werden mittels einer Einrichtung 44 in sich überlappenden Schlingen oder Schleifen auf einem Transportband 46 zu einer Fasermatte 47 abgelegt. Die Fasermatte wird dann aus einer Sprühdüse 48 mit einem sprühfähigen Kleber besprüht, wobei die sich überlappenden Schlingen oder Schleifen an den Berührungsstellen ausreichend miteinander verklebt werden, so dass die Matte auf einen Dorn 49 aufgewickelt werden kann.
Zur Vorbereitung der Glasfasermatte für die vorgesehene Verwendung wird die Matte in einer zweiten Vorrichtung, die schematisch in Fig. 3b gezeigt ist, von dem Dorn 49 wieder abgezogen. Beim Durchlauf der Matte durch die zweite Vorrichtung wird zuerst von einer Vorratsrolle 51 eine Folie 52 abgezogen und auf die Matte aufgelegt. Die Matte wird dann über eine Auftragtrommel 53 geführt, und es sind (in der Transportrichtung der Matte gesehen) vor und hinter der Auftragtrommel je eine Führungswalze 54 bzw. 56 angeordnet, die bewirken, dass die Matte beim Vorbeilauf auf einem Teil des Umfangs der Auftragtrommel aufliegt. Die Auftragtrommel taucht teilweise in eine flüssige Kunstharzmischung 57 ein, die von der rotierenden Auftragtrommel an die Matte übertragen wird.
Die Vorrichtung enthält auch eine Rakel 58, mit der die Menge der von der Auftragtrommel an die Matte übertragenen Kunstharzmischung eingestellt werden kann. Nachdem die Matte mit der Kunstharzmischung imprägniert ist, wird sie mit einer weiteren Folie 59, die von einer Vorratsrolle 61 abgezogen wird, unterlegt und zu einem Wickel 62 aufgewickelt. Der Wickel wird dann während einer Zeitspanne, die ausreichend ist, um die flüssige Kunstharzmischung einzudicken, gelagert.
Nach dem Eindicken der Kunstharzmischung wird der Wickel in einer dritten Vorrichtung, die schematisch in Fig. 3c gezeigt ist, wieder abgewickelt und werden die Folien 51 und 59 von der imprägnierten Glasfasermatte abgezogen. Die Matte wird dann auf einen Schneidtisch 63 geführt, wo mit einer Schneidvorrichtung 64 Formteile, deren Form dem herzustellenden Bauelement entspricht, ab- oder ausgeschnitten werden.
Für das Herstellen der Polsterschicht werden vorzugsweise Stapelfasern verwendet, die aus zerfaserten und geschnittenen Resten und Abfällen textiler Werkstoffe gewonnen sind. Diese Stapelfasern werden in einer Vorrichtung, deren prinzipieller Aufbau in Fig. 3d gezeigt ist, aus einem Vorratsbehälter 71 auf ein Transportband 72 gestreut und aus einer Sprüheinrichtung 73 mit einem Kunstharzbinder besprüht. Die besprühten Fasern werden dann durch einen Trockenofen 74 transportiert, in dem der Kunstharzbinder vorpolymerisiert, so dass ein verklebtes Faservlies entsteht. Das verklebte Faservlies wird dann in einem Reisswolf 76 wieder zerrissen und die dabei entstehenden feinen Faserbündel und Einzelfasern in einem Streuturm 77 auf einen auswechselbaren Träger 78 gestreut.
Der Träger ist vorzugsweise als Matrize für eine heizbare Formpresse ausgebildet, was ermöglicht, eine gestreute Schicht auf dem Träger in die Formpresse einzubringen und unter Einwirkung von Druck und Wärme eine Polsterschicht aus mit einem vorpolymerisierten Kunstharzbinder gebundenen Fasern herzustellen.
Bei geeigneter Wahl des Trägers bzw. der Matrize kann die Polsterschicht mit der für die vorgesehene Verwendung erforderlichen Form hergestellt werden, andernfalls muss diese Schicht auf die erforderliche Form zugeschnitten werden.
Die zugeschnittenen Stücke der Glasfasermatte, der Polsterschicht, einer handelsüblichen Abdeck- und einer handelsüblichen Dekorfolie werden dann aufeinandergelegt und der gesamte Stapel 79 in eine weitere heizbare Formpresse (Fig. 3e) eingelegt. Die Matrize 81 und die Patrize 82 dieser Formpresse sind dem herzustellenden Bauelement entsprechend reliefartig verformt. Der Stapel wird dann bei einer zum Polymerisieren der Kunstharzmischung und des -binders ausreichenden Temperatur und Zeitspanne auf die Enddicke des herzustellenden Bauelements verdichtet und zugleich verformt. Das aus der Formpresse entnommene Bauteil (Fig. 3f) kann dann ohne Nachbearbeiten verwendet werden.
Statt wie beschrieben feine Faserbündel und Einzelfasern auf einen Träger zu streuen, dessen Form der Form der herzustellenden Polsterschicht entspricht, ist es auch möglich, das aus dem Trokkenofen auslaufende Faservlies mittels einer quer zur Transportrichtung angeordneten Walze leicht zu ver dichten und aus diesem verdichteten Faservlies Formstücke auszuschneiden, die dann mit den entsprechend zugeschnittenen Stücken der Glasfasermatte in die Formpresse eingelegt und zu dem fertigen Bauelement verpresst werden.
Bei der praktischen Ausführung dieses Verfahrens werden in bekannter Weise Glasfasern gesponnen. Weil die optischen und chemischen Eigenschaften dieser Fasern für die vorgesehene Verwendung keine Bedeutung haben, kann das Rohmaterial für die Fasern aus irgendeiner Glasart und beispielsweise auch aus Altglas bestehen. Der Durchmesser der gesponnenen Fasern beträgt vorzugsweise 10 bis 30 mu . Etwa 100 bis 200 solcher Fasern werden zu einem Roving gebündelt, dessen Dicke bei einem mittleren Glasgewicht von 2,6 g/cm<3> einer Feinheit von 80 bis 300 tex entspricht. Die aus einer Mehrzahl solcher Rovings gelegte Glasfasermatte weist bei einer Dicke von etwa 1,5 bis 4 mm ein Flächengewicht von 150 bis 450 g/m<2> auf. Zum Befestigen der lose aufeinanderliegenden Rovings aneinander, wird die Matte mit einem Kleber besprüht.
Ein bevorzugter Kleber ist eine Lösung von 5 Gew.-% Polyvinylacetat in 95 Gew.-% Wasser. Nach dem Besprühen der Matte mit dieser Lösung wird das Wasser abgedampft, wobei das Polyvinylacetat polymerisiert und die Rovings zu einer transportfähigen und weiterverarbeitbaren Matte verklebt.
Zum Imprägnieren der verklebten Glasfasermatte werden eindickbare, thermohärtende Kunstharzmischungen verwendet, vorzugsweise ungesättigte Polyesterharze. Die Viskosität brauchbarer Harze beträgt nach dem Eindicken vorzugsweise 10-40 Millionen cP (Centipoise). Die zum Imprägnieren der Glasfasermatte verwendete Menge dieser Harze sollte etwa 30-50 Gew.-% des Flächengewichts der Matte betragen, was einer Einstellung des Rakelspalts zwischen 0,5-1,5 mm entspricht. Die Folien zum Abdecken der imprägnierten Glasfasermatte während des Eindickens des Kunstharzes sind handelsübliche Polyäthylenfolien.
Das Ausgangsmaterial für die Polsterschicht sind natürliche und/oder synthetische organische Kurzfasern, die ebenso wie die Glasfasern aus Abfallmaterial gerissen oder geschnitten werden können. Die Bildung eines mit wenig aufgesprühtem Kunstharzbinder gebundenen Vlieses, das vor dem Einleiten in den Streuturm wieder zerrissen wird, dient dazu, ein Gemisch von Einzelfasern und kleinen Faserbündeln zu streuen, was die Struktur der Faserablagerung günstig beeinflusst. Die Fasern und Faserbündel werden im Streuturm mit einem eingeblasenen Kunstharzpulver, beispielsweise Phenol- oder einem ungesättigten Polyesterharzpulver vermischt. Brauchbare Streuschichten weisen eine Dicke von etwa 25 mm auf, bei einem Flächengewicht zwischen 600 bis 1500 g/m<2>.
Die Streuschicht wird dann bei einer Temperatur von etwa 80 bis 90 DEG C während etwa 2 min nur wenig verdichtet, um eine verklebte, luftdurchlässige Polsterschicht zu erhalten. Eine typische Polsterschicht enthält 35 Gew.-% Baumwolle, 35 Gew.-% Kunstharzfasern, vorzugsweise Acrylpolymerfasern, und 30 Gew.-% Phenol- oder ungesättigte Polyesterharzpulver als Binder.
Zum Verpressen der einzelnen Schichten des Verbundschichtkörpers und Verbinden dieser Schichten durch Verfliessen der Kunstharzmischung bzw. des -pulverbinders mindestens in den aneinanderliegenden Oberflächenbereichen der Schichten vor dem Polymerisieren werden zum Herstellen des Verbundschichtkörpers durch Zusammenpressen und Verkleben der einzelnen Schichten die vorgeschnittenen Schichten aufeinander- und der gesamte Stapel in die Heizpresse eingelegt. Beim Erwärmen des Stapels auf eine Temperatur im Bereich zwischen 150 bis 190 DEG C wird insbesondere die zum Imprägnieren der Glasfasermatte verwendete Kunstharzmischung zuerst fliessfähig und benetzt die anliegende Polsterschicht bzw. dringt mindestens in deren Oberflächenbereich ein, bevor sie bei weitersteigender Temperatur polymerisiert und erhärtet.
Der auf den Stapel einwirkende Druck ist relativ gering und liegt vorzugsweise zwischen 0,5 bis 2 Bar. Die Dauer des Pressens und Erwärmens beträgt 3 bis 4 min. Beim genannten Druck wird die Polsterschicht von ursprünglich 35 mm auf etwa 10-15 mm zusammengepresst, ist aber immer noch ausreichend porös und luftdurchlässig, um Luftschall wirksam zu absorbieren und weist auch noch eine deutliche Polsterwirkung auf.
Als Dekorschicht wird vorzugsweise ein grob gewebtes, textiles Flächengebilde mit rechtwinklig gekreuzten und unterschiedlich gefärbten Kett- und Schussfäden oder einfacherweise auch eine poröse oder perforierte Kunststoffolie verwendet. Eine brauchbare Abdeckschicht ist ein Non-woven-Zellwollvlies.
Die Verstärkungsteile aus handelsüblichem SMC enthalten üblicherweise etwa 25 Gew.-% geschnittene Glasfasern, 40 Gew.-% Füllstoffe, 30 Gew.-% ungesättigtes Polyesterharz und 5 Gew.-% Kleinkomponenten. Solche Teile können vor dem Pressen des Stapels einfach auf die Trägerschicht aufgelegt (oder unter diese gelegt) werden und werden beim Verfliessen und nachfolgenden Härten des Kunstharzes im SMC mit demjenigen in der anliegenden Trägerschicht zu einem integrierenden Bestandteil des Verbundschichtkörpers.
Zum Befestigen von Teilen aus dem Verbundschichtkörper an Metallteilen, beispielsweise einer Schallschluckmatte an der Motorhaube gemäss der Fig. 2, wird vorteilhafterweise ein Zweikomponentenkleber aus der Gruppe der Epoxidharze verwendet.
In Verbungschichtkörperteile zum Auskleiden des Motorraums von Fahrzeugen mit einer Kunststoffkarosserie kann vorteilhafterweise zwischen der Polsterschicht und der Fasermatte ein Metallgitter eingelegt werden, das von der Motorzündung erzeugte und den Empfang von Rundfunksendungen störende elektrische Signale wirkungsvoll abschirmt. Für die Innenauskleidung von Kraftfahrzeugen besonders gut geeignete erfindungsgemässe Schichtverbundwerkstoffe enthalten eine mittlere Polsterschicht, an deren beiden Aussenflächen je eine Glasfasermatte anliegt, von denen die eine, dem Fahrzeuginnenraum zugewandte, mit einer porösen Dekorschicht und die andere mit einer zum Anliegen an die Karosserie vorgesehenen Deckschicht versehen ist.
Die Dicke solcher Schichtverbundwerkstoffe beträgt vorzugsweise zwischen 4-15 mm, entsprechend einem Flächengewicht von 1,2-3 kg/m<2>, einer nach DIN 53 453 gemessenen Schlagzähigkeit zwischen 3-20 N/mm<2>, einem Luftdurchströmwiderstand 500-1500 Ns/m<4> und einem Absorptionskoeffizienten alpha zwischen 0,6-1,1 bei einer Frequenz des einfallenden Schalls von 2 kHz.
Es versteht sich, dass der beschriebene Verbundschichtkörper und das Verfahren zu seiner Herstellung auf vielerlei Weise abgewandelt und an unterschiedliche Verwendungen angepasst werden können.
Beispielsweise ist es möglich, für die Trägerschicht anstelle der beschriebenen endlos gesponnenen Glasfasern auch ein Gemisch aus solchen Glas- und Basaltfasern oder solchen Glas- und Aramid- und/oder Karbonfasern zu verwenden. Weiter ist es möglich, mit den genannten Fasern vermischte Thermoplastfasern zu verwenden. Das hat den Vorteil, dass dadurch die mittlere Dichte der Fasern vom relativ hohen Wert für reine Glas- oder Mineralfasern deutlich verringert werden kann und die Trägerschicht wegen der relativ weichen Thermoplastfasern einen angenehmeren "Griff" bekommt. Es ist auch möglich, den endlos gesponnenen Fasern der Trägerschicht vor dem Besprühen mit einem Kleber noch geschnittene Stapelfasern beizumischen oder die Polsterschicht mit eingestreuten Glas- oder Gesteinsfasern zu verstärken.
Es kann auch vorteilhaft sein, den verwendeten Kunstharzmischungen und -bindern ein Flammschutzmittel wie beispielsweise Al(OH)3 beizumischen. Weiter versteht sich, dass den thermohärtenden Kunstharzmischungen und -bindern vorzugsweise ein Eindickmittel wie beispielsweise MgO und/oder CaO zugegeben werden kann. Schliesslich sind zur Herstellung des Verbundschichtkörpers ausser den genannten ungesättigten Polyesterharzen noch viele andere Kunststoffmischungen brauchbar. Solche Mischungen sind jedem Fachmann bekannt, weshalb darauf hier nicht näher eingegangen wird.
Abschliessend sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die mineralen textilen Glas- und/oder Gesteinsfasern in der Trägerschicht des erfindungsgemässen Verbundschichtkörpers wirksam gebunden und von der Dekor- und Deckschicht eingeschlossen sind, so dass auch nach langem Gebrauch oder beim Bruch keine Glasfaserstücke freigesetzt werden.
The present invention relates to a composite laminate, in particular for the interior lining of vehicle cabins and for covering noise sources, and to a method for its production.
Materials and components for the aforementioned use are known in at least two different embodiments. One embodiment, which is described, for example, in US Pat. No. 4,755,416, consists of a plastic film which has a large number of depressions which act as resonance spaces. By a suitable choice of the thickness of the film and the dimensions of the depressions, it is possible to shift the maximum of the bell-shaped sound absorption curve into a predetermined frequency range and to achieve an optimal absorption of the incident sound energy.
A disadvantage of this embodiment is that the starting material and its processing are relatively expensive, that the material and the finished component have neither the thermal insulation and cushioning effect desired for the interior lining of vehicles nor the inherent rigidity required. The other embodiment, which is described for example in CH-PS 462 024, consists of a random fiber fleece, the fibers of which are only slightly compressed and bonded with little binder, so that the fleece has a large number of sound-absorbing pores. The course of the curve for sound absorption as a function of the frequency of the incident sound energy and the quantitative value of the sound absorption can be significantly influenced by suitable selection of the thickness of the nonwoven, the compression of the fibers and the amount of binder.
The advantages of this other embodiment include the relatively cheap starting material and its inexpensive processing. The disadvantage is that the sound absorption and the possible good thermal insulation and cushioning effect can only be achieved with a weak compression of the fibers and a small amount of binder, while the inherent stiffness of the material required requires a strong compression and a large amount of binder.
The present invention was therefore based on the object of creating a composite laminate which has great inherent rigidity, optimal sound absorption and good thermal insulation and cushioning effect and can be produced inexpensively from cheap starting material.
According to the invention, this object is achieved with a composite laminate of the type mentioned at the outset, which is characterized by the features of claim 1; i.e. with at least one dimensionally stable and porous carrier layer, containing endlessly spun fibers laid into a mat, which are attached to one another at their contact points by means of a synthetic resin mixture, and with at least one sound-absorbing, air-permeable cushion layer, containing short fibers scattered into a non-woven fabric which are held together by a synthetic resin binder are which layers lie flat against one another and whose endless fibers or short fibers are connected to one another in the adjoining surfaces of the layers with a synthetic resin mixture flowing out of the carrier layer.
In the composite laminate body according to the invention, the sound absorption of the cushion layer can be optimized because the stiffness is given by the carrier layer, which in turn does not impair the sound absorption of the cushion layer because it is porous.
In a preferred embodiment of the composite layer body according to the invention, a carrier layer is arranged on each of the two surfaces of the sound-absorbing cushion layer and a porous decorative film is arranged on the outside of one carrier layer and a simple cover layer is arranged on the outside of the other carrier layer.
A preferred method for producing the composite laminated body according to the invention is characterized by the features of claim 12, that is to say that rovings formed from endlessly spun mineral and / or plastic fibers are placed in a fiber mat for the carrier layer and this mat is impregnated with a thickenable synthetic resin mixture and after the thickening of the synthetic resin mixture from the fiber mat, shaped pieces are cut, that a scatter of cut natural and / or synthetic fibers is deposited with an embedded powdered synthetic resin binder for the cushion layer and compacted by heating and prepolymerizing the synthetic resin binder to form a random fiber fleece,
that at least one shaped piece made of the fiber mat and at least one shaped piece of the nonwoven fabric of practically the same size are placed on top of one another and pressed under the action of pressure and heat until the synthetic resin mixture and the synthetic resin binder are polymerized and the fiber mat is stiffened to form a porous carrier layer and the tangled nonwoven fabric is made air-permeable Upholstery layer shaped and both layers are permanently connected.
In the following, embodiments of the invention according to the application are described with the aid of the figures. Show it:
1 shows a part of the cross section through an interior lining of a car door produced with a first embodiment of the composite laminated body according to the invention,
2 shows a part of the cross section through an inner cover of an engine compartment cover produced from another embodiment of the composite laminated body according to the invention,
3a to 3f the schematic representation of individual devices of a plant for producing the composite laminate according to the invention and the section through a relief-shaped workpiece.
For the sake of clarity, FIGS. 1 and 2 are not drawn to scale and FIGS. 3a to 3f are only drawn schematically.
Fig. 1 shows a part of the cross section through a sound absorbing inner panel on a car door. This inner lining consists of a composite material with five layers, a middle random fiber fleece 10, on the outside of which two glass fiber mats 11, 12 rest, of which the mat directed into the interior of the car with a textile decorative film 13 and the mat directed against the bodywork with a cover layer 14 is occupied. From the cover layer in the area of the inner end of the inner lining (left in the figure) has a recess in which a plate 16 made of a commercially available SMC (sheet molding compound) is applied to the glass fiber mat 11 and is permanently connected to it.
The plate is provided for mechanically reinforcing the inner lining, for example in the region of a hinge (shown in dashed lines) which is fastened by means of a screw which is guided through a bore 17 (also shown in dashed lines).
The interior trim also contains a relief-like shape 18. In the side of this shape facing the interior of the car, a further plate 19 made of a commercially available SMC is connected to the adjacent glass fiber mat 12. The shape is intended for the recessed installation of a window crank, for which purpose the plate and the inner lining have a through hole 21.
FIG. 2 again shows schematically the cross section through part of a sound-absorbing cover of an engine hood. This cover consists of a middle glass fiber mat 26, on each of the two surfaces of which there is a random fiber fleece 27 or 28. The two outer surfaces of the random fiber fleeces are covered with porous cover layers 29 and 31, respectively.
This cover has embossed grooves 32, 33, 34 in the longitudinal direction on the inner surface directed against the engine, which correspond to ribs protruding from the outer surface directed against the bonnet 36. These ribs rest on the bonnet and are glued to it with a suitable adhesive. Fastening the sound absorbing cover with a predetermined distance d from the bonnet increases the sound absorption. This phenomenon is known to any person skilled in the art, which is why it is not discussed in more detail.
The method for producing the composite laminate which can be used as a sound-absorbing cladding will now be described with the aid of the greatly simplified FIGS. 3a to 3f.
A first device according to FIG. 3a is used to produce the glass fiber mat. This device contains a spinneret 41 for spinning glass fibers 42 which are bundled into rovings 43. The rovings are deposited by means of a device 44 in overlapping loops or loops on a conveyor belt 46 to form a fiber mat 47. The fiber mat is then sprayed from a spray nozzle 48 with a sprayable adhesive, the overlapping loops or loops being bonded to one another sufficiently at the contact points so that the mat can be wound onto a mandrel 49.
To prepare the glass fiber mat for the intended use, the mat is pulled off the mandrel 49 again in a second device, which is shown schematically in FIG. 3b. When the mat passes through the second device, a film 52 is first pulled off a supply roll 51 and placed on the mat. The mat is then passed over an applicator drum 53 and (seen in the direction of transport of the mat) a guide roller 54 and 56 are arranged in front of and behind the applicator drum, which cause the mat to pass over part of the circumference of the applicator drum as it passes lies on. The applicator drum is partially immersed in a liquid synthetic resin mixture 57, which is transferred from the rotating applicator drum to the mat.
The device also includes a squeegee 58 that can be used to adjust the amount of resin mix transferred from the applicator drum to the mat. After the mat is impregnated with the synthetic resin mixture, it is underlaid with a further film 59, which is pulled off from a supply roll 61, and wound up into a roll 62. The wrap is then stored for a period of time sufficient to thicken the liquid resin mixture.
After the synthetic resin mixture has thickened, the winding is unwound again in a third device, which is shown schematically in FIG. 3c, and the foils 51 and 59 are pulled off the impregnated glass fiber mat. The mat is then guided onto a cutting table 63, where shaped parts, the shape of which corresponds to the component to be produced, are cut or cut out with a cutting device 64.
For the production of the cushion layer, staple fibers are preferably used, which are obtained from shredded and cut remnants and waste of textile materials. In a device, the basic structure of which is shown in FIG. 3d, these staple fibers are scattered from a storage container 71 onto a conveyor belt 72 and sprayed with a synthetic resin binder from a spray device 73. The sprayed fibers are then transported through a drying oven 74, in which the synthetic resin binder pre-polymerizes, so that a bonded non-woven fabric is formed. The bonded nonwoven fabric is then torn in a shredder 76 and the resulting fine bundles of fibers and individual fibers are scattered on a replaceable carrier 78 in a spreading tower 77.
The carrier is preferably designed as a die for a heatable molding press, which makes it possible to introduce a scattered layer on the carrier into the molding press and, under the action of pressure and heat, to produce a cushion layer made of fibers bonded with a prepolymerized synthetic resin binder.
With a suitable choice of the carrier or the matrix, the cushion layer can be produced with the shape required for the intended use, otherwise this layer must be cut to the required shape.
The cut pieces of the glass fiber mat, the cushion layer, a commercially available cover and a commercially available decorative film are then placed on top of one another and the entire stack 79 is placed in a further heatable molding press (FIG. 3e). The die 81 and the die 82 of this molding press are deformed in a relief-like manner in accordance with the component to be produced. The stack is then compressed and at the same time deformed to the final thickness of the component to be produced at a temperature and time period sufficient to polymerize the synthetic resin mixture and the binder. The component removed from the molding press (FIG. 3f) can then be used without reworking.
Instead of sprinkling fine fiber bundles and individual fibers on a carrier as described, the shape of which corresponds to the shape of the cushion layer to be produced, it is also possible to slightly compress the fiber fleece running out of the drying oven by means of a roller arranged transversely to the transport direction and to compress fiber fleece molded parts from this cut out, which are then inserted into the molding press with the correspondingly cut pieces of the glass fiber mat and pressed to the finished component.
In the practical implementation of this method, glass fibers are spun in a known manner. Because the optical and chemical properties of these fibers are of no importance for the intended use, the raw material for the fibers can consist of any type of glass and, for example, of waste glass. The diameter of the spun fibers is preferably 10 to 30 µm. About 100 to 200 such fibers are bundled into a roving, the thickness of which corresponds to a fineness of 80 to 300 tex with an average glass weight of 2.6 g / cm 3. The glass fiber mat laid from a plurality of such rovings has a basis weight of 150 to 450 g / m 2 with a thickness of approximately 1.5 to 4 mm. To attach the loose rovings to each other, the mat is sprayed with an adhesive.
A preferred adhesive is a solution of 5% by weight polyvinyl acetate in 95% by weight water. After spraying the mat with this solution, the water is evaporated off, the polyvinyl acetate polymerizing and the rovings glued to form a transportable and processable mat.
Thickenable, thermosetting synthetic resin mixtures, preferably unsaturated polyester resins, are used to impregnate the bonded glass fiber mat. The viscosity of useful resins after thickening is preferably 10-40 million cP (centipoise). The amount of these resins used to impregnate the glass fiber mat should be about 30-50% by weight of the basis weight of the mat, which corresponds to an adjustment of the doctor gap between 0.5-1.5 mm. The films for covering the impregnated glass fiber mat during the thickening of the synthetic resin are commercially available polyethylene films.
The starting material for the cushion layer are natural and / or synthetic organic short fibers which, like the glass fibers, can be torn or cut from waste material. The formation of a fleece bound with little sprayed-on synthetic resin binder, which is torn again before being introduced into the spreading tower, serves to scatter a mixture of individual fibers and small fiber bundles, which has a favorable influence on the structure of the fiber deposition. The fibers and fiber bundles are mixed in the spreading tower with a blown-in synthetic resin powder, for example phenol or an unsaturated polyester resin powder. Usable scattering layers have a thickness of about 25 mm, with a weight per unit area between 600 and 1500 g / m 2.
The scattering layer is then only slightly compressed at a temperature of about 80 to 90 ° C. for about 2 minutes in order to obtain a bonded, air-permeable cushion layer. A typical cushion layer contains 35% by weight of cotton, 35% by weight of synthetic resin fibers, preferably acrylic polymer fibers, and 30% by weight of phenol or unsaturated polyester resin powder as a binder.
To press the individual layers of the composite layer body and to connect these layers by flowing the synthetic resin mixture or powder connector at least in the adjoining surface areas of the layers prior to polymerization, the pre-cut layers are pressed onto one another and the entire layer to produce the composite layer body by pressing and gluing the individual layers Stack inserted in the heating press. When the stack is heated to a temperature in the range from 150 to 190 ° C., the synthetic resin mixture used to impregnate the glass fiber mat first becomes fluid and wets the adjacent cushion layer or at least penetrates into its surface area before it polymerizes and hardens at a further temperature.
The pressure acting on the stack is relatively low and is preferably between 0.5 and 2 bar. The duration of the pressing and heating is 3 to 4 minutes. At the pressure mentioned, the cushion layer is compressed from originally 35 mm to about 10-15 mm, but is still sufficiently porous and air-permeable to effectively absorb airborne sound and also has a clear cushioning effect.
A coarsely woven, textile fabric with right-angled and differently colored warp and weft threads or simply also a porous or perforated plastic film is preferably used as the decorative layer. A useful cover layer is a non-woven cellulose fleece.
The reinforcement parts made of commercially available SMC usually contain about 25% by weight of cut glass fibers, 40% by weight of fillers, 30% by weight of unsaturated polyester resin and 5% by weight of small components. Such parts can simply be placed on (or placed under) the carrier layer before the stack is pressed and become an integral part of the composite layer body when the synthetic resin flows and subsequently hardens in the SMC with that in the adjacent carrier layer.
A two-component adhesive from the group of epoxy resins is advantageously used to fasten parts from the composite laminate to metal parts, for example a sound-absorbing mat on the bonnet according to FIG. 2.
In connection layer body parts for lining the engine compartment of vehicles with a plastic body, a metal grid can advantageously be inserted between the cushion layer and the fiber mat, which effectively shields electrical signals generated by the engine ignition and disturbing the reception of radio broadcasts. Layered composite materials according to the invention, which are particularly suitable for the interior lining of motor vehicles, contain a middle cushion layer, on the two outer surfaces of which there is a glass fiber mat, one of which, facing the vehicle interior, is provided with a porous decorative layer and the other with a cover layer provided for contacting the body is.
The thickness of such layered composite materials is preferably between 4-15 mm, corresponding to a weight per unit area of 1.2-3 kg / m 2, an impact strength measured according to DIN 53 453 between 3-20 N / mm 2, an air flow resistance 500- 1500 Ns / m <4> and an absorption coefficient alpha between 0.6-1.1 at a frequency of the incident sound of 2 kHz.
It is understood that the composite laminate described and the method for its production can be modified in many ways and adapted to different uses.
For example, it is possible to use a mixture of such glass and basalt fibers or such glass and aramid and / or carbon fibers for the carrier layer instead of the endlessly spun glass fibers described. It is also possible to use thermoplastic fibers mixed with the fibers mentioned. This has the advantage that the average density of the fibers can be significantly reduced from the relatively high value for pure glass or mineral fibers and the carrier layer gets a more comfortable "grip" due to the relatively soft thermoplastic fibers. It is also possible to add cut fibers to the endlessly spun fibers of the carrier layer before spraying with an adhesive, or to reinforce the cushion layer with sprinkled glass or rock fibers.
It may also be advantageous to add a flame retardant such as Al (OH) 3 to the synthetic resin mixtures and binders used. Furthermore, it goes without saying that a thickening agent such as MgO and / or CaO can preferably be added to the thermosetting synthetic resin mixtures and binders. Finally, in addition to the unsaturated polyester resins mentioned, many other plastic mixtures can be used to produce the composite laminate. Such mixtures are known to any person skilled in the art, which is why they are not discussed in more detail here.
In conclusion, it should be expressly pointed out that the mineral textile glass and / or rock fibers are effectively bound in the backing layer of the composite laminate body according to the invention and are enclosed by the decorative and top layer, so that no glass fiber pieces are released even after long use or when broken.