DE10106274A1 - Kunststoff-Verbundmaterial und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Kunststoff-Verbundmaterial und Verfahren zu seiner Herstellung

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kunststoff-Verbundmaterial und ein dazugehöriges Verfahren zu seiner Herstellung, wobei das Kunststoff-Verbundmaterial aus einer ersten dekorartigen Schicht (10), einer zweiten mit der ersten Schicht (10) verbundenen Schaumstoffschicht (12) und einem mit der Schaumstoffschicht (12) verbundenen Faservlies (14), dem ein Kunststoff (20) hinterspritzt wird, besteht. DOLLAR A Es ist vorgesehen, dass das Faservlies (14) als Temperatursperrschicht mit einem Wärmedurchgangswert ausgebildet ist, bei dem die Temperaturdifferenz (DELTAt) der Schmelztemperatur (t¶Schmelze¶) der hinterspritzten Kunststoffschicht (20) an der Seite (A) des Faservlieses (14) gegenüber der Temperatur (t¶Vorform¶) der Schaumstoffschicht (12) an der Seite (B) des Faservlieses (14) so groß ist, dass die Temperatur (t¶Vorform¶) der Schaumstoffschicht (12) unterhalb der maximal zulässigen Temperatur (t¶max¶) liegt, die die Schaumstoffschicht (12) und das Dekor (10) aufnehmen kann, ohne dabei deren Materialstruktur zu verändern. DOLLAR A Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Verbundmaterials ist vorgesehen, dass zur Beeinflussung der Materialeigenschaften der Schaumstoffschicht (12) bei der Hinterspritzung des Faservlieses (14) mit schmelzförmigem Kunststoff (20) durch Erhöhung der Temperatur (t¶Schmelze¶) der hinterspritzten Kunststoffschmelze die Temperatur (t¶Vorform¶) der Schaumstoffschicht (12) knapp über die maximal zulässige Temperatur (t¶max¶) der ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Kunststoff-Verbundmaterial und ein dazugehöriges Verfahren zu seiner Herstellung mit den in den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 3 genannten Merkmalen.
Die Herstellung von hinterspritzten Kunststoff-Verbundmaterialien ist an sich bekannt. Dabei wird ein aus mehreren unterschiedlichen Kunststoffschichten bestehendes Verbundmaterial unter Zuführung eines schmelzförmigen Kunststoffes mit einer weiteren Kunststoffschicht verbunden. In einem separaten Verfahrensschritt wird das zu hinterspritzende Verbundmaterial als so genannter Vorformling über ein Pressverfahren hergestellt. Entsprechend dem späteren Verwendungszweck, beispielsweise als Türinnenverkleidung in einem Kraftfahrzeug, besteht das im Pressverfahren hergestellte Verbundmaterial aus einer ersten dekorartigen Kunststoffschicht, einer zweiten mit der Kunststoffschicht verbundenen Schaumstoffschicht und einem mit der Schaumstoffschicht verbundenen Faservlies. Während des Pressverfahrens erhält der Vorformling bereits seine spätere Grundform. In einem weiteren Verfahrensschritt wird der Faservlies des Vorformlings mit einem schmelzförmigen Kunststoff hinterspritzt. Dabei wird der Vorformling in den Formspalt eines Hinterspritzwerkzeuges eingelegt. Beim Hinterspritzen des Faservlieses mit der Kunststoffschmelze wird der Vorformling, dabei besonders die Schaumstoffschicht des Vorformlings, zusammengedrückt und der so entstandene Hohlraum zwischen der Innenwand des Hinterspritzwerkzeuges und des Faservlieses mit der Kunststoffschmelze gefüllt. Der Faservlies hat dabei die Aufgabe, nach dem Erstarren des schmelzförmigen Kunststoffes die Verbindung zwischen Vorformling und der erzeugten Kunststoffschicht herzustellen. Nach dem Erstarren der Kunststoffschmelze wir das so hergestellte Werkstück aus dem Hinterspritzwerkzeug entformt. Nach dem Entformen entspannt sich die Schaumschicht des Kunststoff-Verbundmaterials und nimmt seine ungefähr ursprüngliche Größe wieder an.
Beim Hinterspritzen des Vorformlings tritt dabei das Problem auf, dass der Vorformling einer Temperatur von über 180°C und einem hohen Druck von beispielsweise über 40 bar ausgesetzt wird. Durch die im Hinterspritzwerkzeug herrschende Temperatur und durch den Druck wird insbesondere die Schaumstoffschicht thermisch und mechanisch stark belastet. Schäume, die auf thermoplastischer Basis hergestellt werden, sind nicht sehr temperaturstabil. Bei Überschreitung einer definierten Temperatur bleiben die Verformungen beim Zusammenpressen der Schaumstoffschicht bestehen. Nach der Entformung des Werkstückes kann die entspannte Schaumstoffschicht sich nicht mehr auf ihre ursprüngliche Größe ausdehnen. Schaumschichten, die auf duroplastischer Grundlage basieren, sind gegenüber den thermoplastisch hergestellten Schaumstoffschichten nicht so temperatur- und druckanfällig. Eine Schädigung der Materialstruktur der Schaumstoffschicht ist aber nicht zu vermeiden. Bei Verwendung von temperaturanfälligem Dekormaterial kann durch die Schmelztemperatur des zugeführten Kunststoffes auch eine Schädigung der Materialstruktur des Dekormaterials erfolgen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kunststoff-Verbundmaterial der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, dass bei der Hinterspritzung eines Verbundmaterials mit schmelzförmigem Kunststoff eine Schädigung der Materialstruktur der Schaumstoffschicht und des Dekormaterials weitestgehend verhindert wird, und ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Verbundmaterials vorzuschlagen, mit dem bei der Hinterspritzung des Verbundmaterials mit schmelzförmigem Kunststoff eine Beeinflussung der Materialeigenschaften der Schaumstoffschicht erfolgen kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Kunststoff-Verbundmaterial und das Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Verbundmaterials mit den in den Ansprüchen 1 und 3 genannten Merkmalen gelöst. Bei dem erfindungsgemäßen Kunststoff- Verbundmaterial ist vorgesehen, dass der Faservlies als Temperatursperrschicht mit einem Wärmedurchgangswert ausgebildet ist, bei dem die Temperaturdifferenz der Schmelztemperatur der hinterspritzten Kunststoffschicht gegenüber der Temperatur der Schaumstoffschicht so groß ist, dass die Temperatur der Schaumstoffschicht unterhalb der maximal zulässigen Temperatur liegt, die die Schaumstoffschicht und das Dekor aufnehmen kann, ohne dabei deren Materialstruktur zu verändern.
Durch die aufgezeigten Mittel wird erreicht, dass beim Hinterspritzen des Faservlieses mit schmelzförmigem Kunststoff Materialstrukturänderungen der Schaumstoffschicht und des Dekormaterials durch die in dem Hinterspritzwerkzeug auftretenden Temperaturen weitestgehend verhindert werden. Der Faservlies ist dabei als Temperatursperre zwischen der eingebrachten Kunststoffschmelze und der Schaumstoffschicht ausgebildet, die die Temperaturbelastung der Schaumstoffschicht in vertretbaren Grenzen hält, so dass keine Materialschädigung erfolgt.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Verbundmaterials ist vorgesehen, dass zur Beeinflussung der Materialeigenschaften der Schaumstoffschicht bei der Hinterspritzung des Faservlieses mit schmelzförmigem Kunststoff durch Erhöhung der Temperatur der hinterspritzten Kunststoffschmelze die Temperatur der Schaumstoffschicht knapp über die maximal zulässige Temperatur der Schaumstoffschicht erhöht wird. Dies kann vorzugsweise durch Auswahl eines Vlieses mit einem entsprechend angepassten Temperaturübergangswiderstand erfolgen.
Durch die erfindungsgemäßen Mittel wird erreicht, dass über die der Schaumstoffschicht indirekt zugeführte Temperatur direkt Einfluss auf die Rückstellung der Schaumstoffschicht nach dem Entformen aus dem Hinterspritzwerkzeug genommen werden kann. Wird die Schaumstoffschicht einer entsprechend höheren Temperaturbelastung ausgesetzt, verringert sich der Wert der Rückstellung der Materialstärke der Schaumstoffschicht. Bei Werten unterhalb der maximal zulässigen Temperatur, die die Schaumstoffschicht aufnehmen kann, ohne dabei die Materialstruktur zu verändern, wird der Wert der Rückstellung der Materialstärke der Schaumstoffschicht annähernd dem Wert der ursprünglichen Materialstärke entsprechen. Durch eine entsprechende Temperaturwahl kann somit direkt Einfluss auf die Rückstellung der Schaumstoffschicht genommen werden.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Ablaufs eines Verfahrens zur Herstellung eines Kunststoff-Verbundmaterials in den Teilschritten (a) bis (d) und
Fig. 2 den Temperaturverlauf zwischen der Kunststoffschmelze und der Schaumstoffschicht.
In der Fig. 1a ist ein in einem separaten Pressvorgang hergestellter Vorformling 18 dargestellt, bei dem die Materialstärke des Vorformlings 18 mit x gekennzeichnet ist. Der Vorformling 18 besitzt bereits die Grundform des herzustellenden Bauteils und besteht aus einer ersten dekorartigen Schicht 10, einer zweiten mit der ersten Schicht 10 verbundenen Schaumstoffschicht 12 und einem mit der Schaumstoffschicht 12 verbundenen Faservlies 14. Die dekorartige Schicht 10 kann dabei entsprechend dem späteren Einsatzzweck des herzustellenden Bauteils aus einer Kunststofffolie, aus einem Kunstleder, Textil oder dergleichen bestehen. Die Schaumstoffschicht 12 basiert auf der Grundlage von thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffen.
In einem weiteren Schritt wird der Vorformling 18 in den Formspalt eines Hinterspritzwerkzeuges 16 eingelegt. Dieser Zustand ist in Fig. 1b dargestellt. Die Spaltbreite des Hinterspritzwerkzeuges 16 entspricht dabei der Materialstärke x des Vorformlings 18.
In der Fig. 1c ist die Hinterspritzung des Vorformlings 18 mit einem schmelzförmigen Kunststoff dargestellt. Dabei wird die Kunststoffschmelze über eine, beziehungsweise mehrere in dem Hinterspritzwerkzeug 16 angeordnete Zuführungen 22 mit einer Temperatur von über 180°C und einem hohen Druck auf die Oberfläche des Faservlieses 14 aufgespritzt. Durch den Druck der zugeführten Schmelze wird der Vorformling 18 und dabei besonders die Schaumstoffschicht 12 zusammengedrückt und der so entstandene Raum mit Schmelze ausgefüllt. Zum Schutz der Schaumstoffschicht 12 und der dekorartigen Schicht 10 gegenüber den hohen Temperaturen der hinterspritzten Schmelze ist der Faservlies 14 als Temperatursperrschicht ausgebildet. Dabei ist der Faservlies 14 so ausgebildet, dass durch den Wärmedurchgangswert eine Temperaturdifferenz Δt der Schmelztemperatur tSchmelze der hinterspritzten Kunststoffschicht 20 an der Seite A des Faservlieses 14 gegenüber der Temperatur tVorform der Schaumstoffschicht 12 an der Seite B des Faservlieses 14 entsteht, bei der die Temperatur tVorform der Schaumstoffschicht 12 unterhalb der maximal zulässigen Temperatur tmax liegt, die die Schaumstoffschicht 12 und das Dekor 10 aufnehmen kann, ohne dabei deren Materialstruktur zu verändern. In der Fig. 2 ist der entsprechende Temperaturverlauf 24 zwischen der Kunststoffschmelze 20 und der Schaumstoffschicht 12 dargestellt.
Der Faservlies 14, der als Temperatursperrschicht ausgebildeten Schicht, besteht erfindungsgemäß aus Kunststofffasern, die aus Polyester, Polyethylen oder Polypropylen oder aus einem Materialverbund aus zwei oder mehreren dieser Fasern bestehen. Eine Variante der erfindungsgemäßen Lösung sieht vor, dass die Temperatursperrschicht aus einem technischen Textilgebilde oder aus einer Folie besteht. Die erfindungsgemäß verwendeten Materialien zeichnen sich durch einen verhältnismäßig geringen Wärmedurchgangswert aus, so dass diese Materialien eine entsprechend gute Temperatursperrschicht zwischen dem schmelzförmig eingebrachten Kunststoff 20 und der Schaumstoffschicht 12 bilden.
Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff- Verbundmaterials wird zur Beeinflussung der Materialeigenschaften der Schaumstoffschicht 12 bei der Hinterspritzung des Faservlieses 14 mit schmelzförmigen Kunststoff 20 durch Erhöhung der Temperatur tSchmelze der hinterspritzten Kunststoffschmelze 20 die Temperatur tVorform der Schaumstoffschicht 12 knapp über die maximal zulässige Temperatur tmax der Schaumstoffschicht 12 erhöht. Durch Erhöhung der Temperatur tSchmelze der hinterspritzten Kunststoffschmelze 20 wird die Schaumstoffschicht 12 einer entsprechend höheren Temperaturbelastung ausgesetzt, wodurch sich der Wert der Rückstellung der Materialstärke der Schaumstoffschicht 12 verringert. Durch eine entsprechende Temperaturwahl tSchmelze kann somit direkt Einfluss auf die Rückstellung der Schaumstoffschicht 12 genommen werden.
Das so hergestellte, aus einem Kunststoff-Verbundmaterial bestehende, Werkstück verbleibt so lange in dem Hinterspritzwerkzeug 16, bis eine Aushärtung des hinterspritzten Kunststoffes erfolgt ist und eine mit dem Faservlies 14 verbundene Kunststoffschicht 20 entstanden ist. Danach wird das Kunststoff-Verbundmaterial aus dem Hinterspritzwerkzeug 16 entformt. In Fig. 1d ist das ausgeformte Kunststoff-Verbundmaterial dargestellt. Nach der Entformung entspannt sich insbesondere die Schaumstoffschicht 12 des Kunststoff- Verbundmaterials und nimmt bei unveränderter Materialstruktur wieder seine ungefähr ursprüngliche Materialstärke x an.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass bei der Hinterspritzung des Faservlieses 14 mit schmelzförmigem Kunststoff 20 eine Schädigung der Materialstruktur der Schaumstoffschicht 12 und des Dekormaterials 10 durch die als Temperatursperrschicht ausgebildete Faservliesschicht weitestgehend verhindert wird. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Kunststoff-Verbundmaterials besteht darin, dass durch eine Temperatureinstellung des schmelzförmigen eingebrachten Kunststoffes eine Beeinflussung der Materialeigenschaften der Schaumstoffschicht 12 hinsichtlich auf dessen Rückstellung nach dem Entformen erfolgen kann.
BEZUGSZEICHENLISTE
10
dekorartige Schicht
12
Schaumstoffschicht
14
Faservlies
16
Hinterspritzwerkzeug
18
Vorformling
20
Kunststoffschicht
22
Zuführung
24
Temperaturverlauf
A Seite des Vlieses, die mit der Schmelze in Verbindung steht
B Seite des Vlieses, die mit der Schaumstoffschicht in Verbindung steht
tmax
maximal zulässige Temperatur, die die Schaumstoffschicht aufnehmen kann
tSchmelze
Temperatur der zugeführten Schmelze
tVorform
Temperatur, die auf die Schaumstoffschicht einwirkt
Δt Temperaturdifferenz
x Materialstärke

Claims (3)

1. Kunststoff-Verbundmaterial, bestehend aus einer ersten dekorartigen Schicht (10), einer zweiten mit der ersten Schicht (10) verbundenen Schaumstoffschicht (12) und einem mit der Schaumstoffschicht (12) verbundenen Faservlies (14) oder einer Folie, der mit einem hinterspritzten Kunststoff (20) stofflich und/oder mechanisch verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Faservlies (14) als Temperatursperrschicht mit einem Wärmedurchgangswert ausgebildet ist, bei dem die Temperaturdifferenz (Δt) der Schmelztemperatur (tSchmelze) der hinterspritzten Kunststoffschicht (20) an der Seite (A) des Faservlieses (14) gegenüber der Temperatur (tVorform) der Schaumstoffschicht (12) an der Seite (B) des Faservlieses (14) so groß ist, dass die Temperatur (tVorform) der Schaumstoffschicht (12) unterhalb der maximal zulässigen Temperatur (tmax) liegt, die die Schaumstoffschicht (12) und das Dekor (10) aufnehmen kann, ohne dabei deren Materialstruktur zu verändern.
2. Kunststoff-Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Faservlies (14) aus Polyester und/oder Polyethylen und/oder Polypropylen und/oder aus einem technischen Textilgebilde und/oder einer Folie besteht.
3. Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Verbundmaterials, bei dem einem Materialverbund, bestehend aus einer ersten dekorartigen Schicht (10), einer zweiten mit der ersten Schicht (10) verbundenen Schaumstoffschicht (12) und einem mit der Schaumstoffschicht (12) verbundenen Faservlies (14), ein Kunststoff (20) hinterspritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beeinflussung der Materialeigenschaften der Schaumstoffschicht (12) bei der Hinterspritzung des Faservlieses (14) mit schmelzförmigem Kunststoff (20) durch Erhöhung der Temperatur (tSchmelze) der hinterspritzten Kunststoffschmelze die Temperatur (tVorform) der Schaumstoffschicht (12) knapp über die maximal zulässige Temperatur (tmax) der Schaumstoffschicht (12) erhöht wird.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1418092A1 (de) * 2002-11-11 2004-05-12 MöllerTech GmbH Schutzvlies für Bauteile
DE102005030279A1 (de) * 2005-06-29 2007-01-11 Fritz Blanke Gmbh & Co.Kg Kunststoffelement
DE102008046878B3 (de) * 2008-09-11 2010-02-18 Dixi- Comkontec Engineering Und Modellbau Gmbh Verbundwerkstoff und Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoff

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