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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Formhaut aus TPE, d. h. einem thermoplastischen Elastomer. Außerdem betrifft die Erfindung eine aus einem thermoplastischen Elastomer ausgebildete Formhaut.
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Im Stand der Technik werden Formhäute für eine Vielzahl von Anwendungen benötigt. Insbesondere werden Formhäute als Dekoroberflächen für Fahrzeuginnenverkleidungsteile verwendet. Thermoplastische Elastomere sind zur Herstellung von Formhäuten besonders geeignet, da sich aus ihnen ansprechend aussehende Oberflächen erzeugen lassen und da thermoplastische Elastomere flexibel sind, so dass die daraus ausgebildeten Formhäute elastische Eigenschaften aufweisen.
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Zum Ausbilden von TPE-Formhäuten wird üblicherweise ein Pulver eines thermoplastischen Elastomers in eine vorgeheizte Gießform gegeben, wobei diese anschließend rotiert wird, so dass sich das Pulver gleichmäßig auf der Gießformoberfläche verteilt. Hierbei haftet das Pulver an der heißen Gießformoberfläche an.
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Um eine gleichmäßige und durchgehende Schicht des thermoplastischen Elastomers zu erzeugen, ist es üblicherweise notwendig, die Form längere Zeit weiter zu beheizen, bis die auszubildende Formhaut vollständig durcherhitzt ist. Da dies einige Zeit dauert, ist die insgesamt zur Herstellung einer Formhaut notwendige Zeit relativ hoch. Alternativ zu einem Beheizen der Form nach dem Einbringen des thermoplastischen Elastomers kann auch eine Form mit hoher Wärmekapazität verwendet werden. Auch bei dieser Variante muss die Formhaut lange in der Form verbleiben um vollständig erhitzt zu werden, Um die Kosten für die Herstellung von Formhäuten zu reduzieren, wäre es wünschenswert, eine schnellere Herstellung der Formhäute zu ermöglichen, da dann mit derselben Anzahl an Gießformen eine höhere Anzahl an Formhäuten produziert werden könnte als bisher.
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Aus dem Stand der Technik bekannt ist es, die Formhäute statt aus TPE aus PVC auszubilden. Dies ist jedoch nicht wünschenswert, da bei PVC die erforderlichen elastischen Eigenschaften erst durch Zugabe von Weichmachern erlangt werden, wobei diese Weichmacher aus der Formhaut heraus migrieren können. Hierdurch werden PVC-Formhäute nach langjährigem Einsatz spröde. Außerdem können die Weichmacher umliegende Fahrzeugbestandteile negativ beeinflussen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, TPE-Formhäute mit reduziertem Zeitaufwand herzustellen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird, wie bei gattungsgemäßen Verfahren, eine Gießform geheizt und ein TPE-Material in die Gießform eingebracht. Das TPE-Material haftet, wie aus dem Stand der Technik bekannt, an der Gießform und bildet eine Formhaut. Im Unterschied zu bekannten Verfahren wird jedoch ein TPE-Material verwendet, das mindestens einen Inhaltsstoff aufweist, der nach dem Einbringen des TPE-Materials in die Gießform exotherm reagiert.
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Durch die exotherme Reaktion wird die Formhaut von innen beheizt. Hierdurch kann die Formhaut schneller vollständig durcherhitzt werden, ohne dass die Oberfläche überhitzt und somit thermisch geschädigt wird. Bei Verfahren nach dem Stand der Technik muss die Formhaut hingegen deutlich langsamer erhitzt werden, da jegliche der Formhaut zugeführte Wärme durch die Oberfläche der Formhaut hindurch geleitet werden muss, sodass an der Oberfläche der Formhaut bei zu schneller Erhitzung eine lokale Überhitzung und somit eine thermische Schädigung droht.
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In einer Ausführungsform ist der exotherm reagierende Inhaltsstoff ausschließlich an Reaktionen beteiligt, die ausschließlich Reaktionsprodukte erzeugen, die auch bei einer maximal im Herstellungsverfahren auftretenden Temperatur fest oder flüssig sind. Durch die Reaktionen des Inhaltsstoffs werden also keine gasförmigen Reaktionsprodukte erzeugt. Bei dem Inhaltsstoff handelt es sich also nicht um ein Treibmittel. Zusätzlich zu dem Inhaltsstoff kann jedoch auch noch ein Treibmittel enthalten sein, wobei dieses ebenfalls exotherm reagieren kann. Durch die Verwendung eines exotherm reagierenden Inhaltsstoffs, der nicht als Treibmittel ausgebildet ist, kann auch bei nicht geschäumten Formhäuten eine Beheizung der Formhaut von Innen und somit eine Verkürzung der Zykluszeit erzielt werden. Bei geschäumten Formhäuten kann durch die Verwendung eines exotherm reagierenden Inhaltsstoffs, der kein Treibmittel ist, die freizusetzende Gasmenge und die zu erzeugende Wärmemenge unabhängig voneinander gewählt werden.
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In einer alternativen Ausführungsform wird ein Inhaltsstoff verwendet, der im Laufe des Verfahrens an zumindest einer chemischen Reaktion beteiligt ist, die ein Reaktionsprodukt erzeugt, welches zumindest bei einer maximal im Verfahren auftretenden Temperatur gasförmig ist. Gemäß dieser Variante ist der Inhaltsstoff also ein exothermes Treibmittel. Beispiele für derartige Treibmittel, die in Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden können sind Azodicarbonamid (ADC) und Oxibisbenzenesulfonyhydracid (OBSW).
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Der Inhaltsstoff kann über 1 Kilojoule pro Kilogramm des TPE-Materials an Wärme freisetzen. Je nach Ausführungsform kann der Inhaltsstoff auch über 3 Kilojoule, über 5 Kilojoule, über 10 Kilojoule, über 20 Kilojoule oder sogar über 30 Kilojoule pro Kilogramm des TPE-Materials an Wärme freisetzen. Hierdurch leistet der Inhaltsstoff einen signifikanten Beitrag zur Aufheizung der Formhaut und kann somit in deutlichem Maße zur Reduzierung der Prozesszeit beitragen. Der Inhaltsstoff kann beispielsweise mehr als 100 Kilojoule pro Kilogramm des Inhaltsstoffs an Reaktionswärme erzeugen. Je nach verwendetem Inhaltsstoff kann die Reaktionswärme sogar mehr als 300 kJ oder sogar mehr als 500 kJ pro Kilogramm des Inhaltsstoffs betragen. Hierdurch wird erreicht, dass nur eine relativ geringe Menge des Inhaltsstoffs notwendig ist, um einen deutlichen Beitrag zur Beheizung der Formhaut zu erreichen. Dies ist von Vorteil, da somit ein Einfluss des Inhaltsstoffs auf die Eigenschaften der fertigen Formhaut relativ gering gehalten werden kann. Der Anteil des Inhaltsstoffs am Kunststoffmaterial kann beispielsweise geringer als 15 Gewichts-%, vorzugsweise geringer als 10 Gewichts-%, besonders vorzugsweise geringer als 5 Gewichts-% sein. Je nach Ausführungsform kann der Anteil sogar kleiner als 3 Gewichts-% oder kleiner als 2 Gewichts-% sein.
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Eine Wärmekapazität des Kunststoffmaterials bei Raumtemperatur und/oder bei einer Temperatur von 150°C kann beispielsweise zwischen 1 und 20 KJ/kg betragen. Die durch die Reaktion des Inhaltsstoffs freigesetzte Wärme kann beispielsweise derart groß sein, dass das Kunststoffmaterial durch diese um 5 bis 20 K erhitzt wird.
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Mittels des Inhaltsstoffs kann erreicht werden, dass eine Temperaturdifferenz zwischen einem heißesten Punkt der Formhaut und einem kältesten Punkt der Formhaut zu jedem Zeitpunkt des Verfahrens kleiner als 30 K, vorzugsweise kleiner als 20 K, besonders vorzugsweise kleiner als 15 K und insbesondere kleiner als 10 K ist.
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Als Hauptbestandteile kann das TPE-Material beispielsweise mindestens ein Polyolefin, insbesondere Polypropylen (PP) oder Polyethylene, sowie mindestens ein Elastomer aufweisen. Das TPE-Material kann also als ein Thermoplastisches Elastomer auf Olefinbasis ausgebildet sein, insbesondere als ein TPE-O oder TPE-V. TPE-O und TPE-V kommen bei Formhäuten aus dem Stand der Technik nicht zu Einsatz, wobei ein Hinderungsgrund hierfür die hohe zum vollständigen Ausbilden der Formhaut notwendige thermische Energie ist. Das TPE Material kann beispielsweise zu insgesamt mehr als 80% Gewichtsanteil aus diesen Hauptbestandteilen bestehen.
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Die exotherme Reaktion des Inhaltsstoffs kann bei einer Aktivierungstemperatur ausgelöst werden, die zwischen 80 und 250°C liegt. Insbesondere kann die Aktivierungstemperatur zwischen 150°C und 220°C betragen.
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Die erzeugte Formhaut kann beispielsweise zwischen 0,5 Millimetern und 3 Millimetern dick sein. Formhäute mit einer in diesem Bereich liegenden Dicke sind besonders gut zur Verwendung als Dekorschicht für Fahrzeuginnenverkleidungsteile geeignet. Die Erfindung bezieht sich – zusätzlich zu dem Verfahren zur Herstellung einer Formhaut und zu der Formhaut – auch auf ein Fahrzeuginnenverkleidungsteil sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Fahrzeuginnverkleidungsteils. Das Fahrzeuginnenverkleidungsteil kann die Formhaut und einen Träger sowie, optional, eine Zwischenschicht aufweisen. Die Formhaut bildet in einen solchen Fahrzeuginnenverkleidungsteil die Sichtseite des Fahrzeuginnenverkleidungsteils. Ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Fahrzeuginnenverkleidungsteils umfasst als ein Schritt die Herstellung einer Formhaut, wie sie vorangehend beschrieben wurde.
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Die Erfindung betrifft auch eine Formhaut, die durch ein Verfahren wie vorangehend beschrieben hergestellt wurde. Erfindungsgemäße Formhäute sind gegenständlich von Formhäuten nach dem Stand der Technik unterscheidbar, da zum einen Rückstände des exotherm reagierenden Inhaltsstoffs verbleiben und da die gleichmäßigere Beheizung zu einer verringerten thermischen Schädigung der Dekorhaut an ihrer Oberfläche führt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt
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1 eine Schnittansicht durch eine Gießform zu verschiedenen Zeitpunkten eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 Temperaturverläufe über die Dicke einer Formhaut während des Verfahrens zur Herstellung der Formhaut bei Verfahren nach dem Stand der Technik und bei einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens und
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3 Reaktionsverlauf des Inhaltsstoffs gemäß einer Ausführungsform der Verfahrens
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In 1 ist eine Gießform 1 zu verschiedenen Zeitpunkten eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt wird die Gießform 1 in einem Ofen 2 angeordnet und erhitzt. Im vorliegenden Beispiel wird die Gießform 1 auf eine Temperatur von 180°C erhitzt. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird ein Pulverkasten 3, in dem im vorliegenden Ausführungsbeispiel pulverförmiges TPE-Material 4 angeordnet ist, auf die Gießform 1 aufgesetzt. Das TPE-Material 4 fällt dann auf die Gießform 2 und haftet an dieser an. Um eine gleichmäßige Verteilung des TPE-Materials 4 zu erreichen, kann die Gießform 1 zusammen mit dem Pulverkasten 3 rotiert werden.
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Die Gießform 1 zusammen mit dem Pulverkasten 3 ist in 1b darstellt. Nachdem das TPE-Material an der Gießform 1 angehaftet ist, verbleibt das TPE-Material 4 noch einige Zeit in der Gießform 1, damit dieses vollständig durcherhitzt werden kann. Das Durcherhitzen des TPE-Materials 4 kann überwiegend durch die in der Gießform 1 enthaltene Wärme oder durch eine nachträgliche Beheizung der Gießform 1 bewirkt werden. Auch kann die Gießform 1 zusammen mit dem TPE-Material 4 nochmals in einen Ofen eingebracht werden, um eine weitere Beheizung zu bewirken.
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Durch die Wärmezufuhr zum TPE-Material 4 wird bewirkt, dass dieses eine TPE-Formhaut 5 ausbildet, wie sie in 1c dargestellt ist. Das TPE-Material 4 enthält, im Gegensatz zu den im Stand der Technik verwendeten TPE-Materialien, einen exothermen Inhaltsstoff, der zusätzlich zu der Beheizung des TPE-Materials 4 über die Gießform 1 eine zusätzliche Wärmezufuhr zum TPE-Material 4 bewirkt. Da diese zusätzliche Wärme im Inneren des TPE-Materials 4 freigesetzt wird, wird eine besonders gleichmäßige Erhitzung des TPE-Materials ermöglicht, weshalb das TPE-Material deutlich schneller als im Stand der Technik erhitzt werden kann, ohne dass eine lokale Überhitzung und somit thermische Schädigung des TPE-Materials 4 droht.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird als exotherm reagierender Inhaltsstoff ADC verwendet. Dieser Inhaltsstoff reagiert derart, wie in 3 dargestellt. ADC wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel in einer Menge verwendet, die 2% des TPE Materials entspricht.
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Bei dieser Reaktion wird insgesamt eine Wärmemenge von 12 Kilojoule pro Kilogramm des TPE-Materials frei. Die Hauptbestandteile des TPE-Materials sind ein Polyolefin beispielsweise ein PP oder PE) sowie ein Elastomer. Das TPE-Material ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel also ein TPE-O). Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat das verwendete Material eine Wärmekapazität von etwa 1,5 Kilojoule pro Kilogramm, d. h., durch die mittels des exotherm reagierenden Inhaltsstoffs erzeugte Wärme erhitzt das TPE-Material um etwa 8 K.
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Da der exotherm reagierende Inhaltsstoff im vorliegenden Ausführungsbeispiel ausschließlich zur Bildung von Reaktionsprodukten führt, die bei allen im Laufe des beschriebenen Verfahrens auftretenden Temperaturen fest oder flüssig sind, wird durch den exotherm reagierenden Inhaltsstoff keine Aufschäumung der Haut bewirkt. In alternativen Ausführungsbeispielen kann jedoch zusätzlich ein Treibmittel im TPE-Material 4 enthalten sein, wobei das Treibmittel beispielsweise exotherm reagieren kann. Alternativ kann in einem weiteren Ausführungsbeispiel auch ein exothermes Treibmittel als exotherm reagierender Inhaltsstoff im TPE-Material 4 enthalten sein.
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Die Verläufe der Temperaturen über die Dicke der Formhaut werden für verschiedene Verfahrensvarianten in 2 schematisch dargestellt. 2a, 2b und 2c stellen hierbei jeweils verschiedene Verfahrensvarianten dar. Unter I.–IV. sind die Temperaturverlaufe zu verschiedenen Zeitpunkten des Verfahrens dargestellt, wobei I. den Temperaturverlauf kurz nach dem Aufsetzen des Pulverkastens und IV. den Temperaturverlauf gegen Ende des Verfahrens darstellt. In den Diagrammen ist am linken Rand die Temperatur des TPE-Materials direkt an der Oberfläche der Gießform 1 dargestellt. Am rechten Rand ist die Temperatur in der von der Gießform 1 abgewandten Oberfläche des TPE-Materials dargestellt.
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In 2a sind die Temperaturverläufe für ein Verfahren nach dem Stand der Technik gezeigt. Zu Beginn des Verfahrens haftet das TPE-Material 4 an der Oberfläche der Gießform 1 an. Die Temperatur des TPE-Materials 4 hat sich zu diesem Zeitpunkt lediglich direkt an der Gießform 1 geringfügig erhöht. Der Rest des TPE-Materials ist noch nahezu auf Raumtemperatur.
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Zu einem etwas späteren Zeitpunkt des Verfahrens ist die Temperatur des TPE-Materials in der Nähe der Gießformoberfläche bereits über eine Schmelztemperatur 6 angestiegen. Über die restliche Dicke der an der Gießform 1 anhaftenden Schicht des TPE-Materials 4 ist die Temperatur jedoch noch nicht bis auf die Schmelztemperatur 6 angestiegen. Der Temperaturverlauf zu diesem Zeitpunkt des Verfahrens ist unter II. dargestellt.
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Zu einem späteren Zeitpunkt des Verfahrens weist das TPE-Material 4 über seine Schichtdicke den unter III. dargestellten Temperaturverlauf auf. Wie zu erkennen ist, ist der Bereich, in dem das TPE-Material 4 die Schmelztemperatur 6 erreicht hat, schon breiter geworden. Insgesamt hat die Temperaturdifferenz 7 zwischen einem kältesten Punkt 8 des TPE-Materials 4 und einem heißesten Punkt 9 des TPE-Materials 4 deutlich abgenommen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt die Temperaturdifferenz zu diesem Zeitpunkt nur noch 20°C. Entsprechend findet Wärmeleitung nur noch sehr langsam statt. Dies führt dazu, dass noch relativ viel Zeit benötigt wird, bis das TPE-Material über die gesamte Schichtdicke die Schmelztemperatur 6 überschreitet. Der Temperaturverlauf über die TPE-Materialschicht 4, nachdem diese vollständig die Schmelztemperatur erreicht hat, ist unter IV. dargestellt.
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In 2b ist eine alternative Variante eines Verfahrens nach dem Stand der Technik dargestellt. Gemäß dieser Variante wurde die Gießform mit dem daran haftenden TPE-Material nach dem Rotieren zusammen mit dem Pulverkasten 3 vom Pulverkasten 3 getrennt und in einen Ofen eingefügt. Hierdurch liegt das Temperaturminimum nicht mehr in der von der Oberfläche der Gießform 1 abgewandten Oberfläche der Schicht des TPE-Materials, sondern innerhalb der Schicht des TPE-Materials. Der entsprechende Temperaturverlauf über die Schicht des TPE-Materials 4 ist unter II. von 2b dargestellt. Wie in allen anderen dargestellten Temperaturverläufen entspricht die am linken Rand des Diagramms dargestellte Temperatur der Temperatur des TPE-Materials unmittelbar an der Oberfläche der Gießform 1, während die am rechten Ende des Diagramms dargestellte Temperatur einer Temperatur der von der Gießform 1 abgewandten Oberfläche der Schicht des TPE-Materials 4 entspricht.
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Unter III. ist der Temperaturverlauf zu einem späteren Zeitpunkt dieser Verfahrensvariante dargestellt. Wie zu erkennen ist, wird auch gemäß dieser Verfahrensvariante bereichsweise die Schmelztemperatur zu diesem Zeitpunkt noch nicht überschritten. Zwar ist die Schicht des TPE-Materials 4 sowohl direkt an der Gießform 1 als auch auf der von der Gießform 1 abgewandten Seite geschmolzen, das Innere der Schicht weist jedoch noch eine Temperatur auf, die kleiner als die Schmelztemperatur ist. Somit ist auch bei dieser Variante eine relativ lange Beheizung erforderlich, bis der unter IV. dargestellte Temperaturverlauf erreicht wird.
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Temperaturverläufe für eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens sind in 2c dargestellt. Zu dem Zeitpunkt, mit dem der unter I. dargestellte Temperaturverlauf korrespondiert, liegt noch kein wesentlicher Unterschied hinsichtlich des Temperaturverlaufs über die TPE-Schicht vor. Zu einem späteren Verfahrenszeitpunkt jedoch überschreitet die Temperatur des TPE-Materials bereichsweise eine Aktivierungstemperatur der im Zusammenhang mit 1 erläuterten Reaktion. Durch die exotherme Reaktion des Inhaltsstoffs, der dem TPE-Material zusätzlich zu den üblichen Komponenten zugefügt wurde, wird das TPE-Material von innen beheizt. Hierdurch ergibt sich ein deutlich flacherer Temperaturverlauf, als zum gleichen Zeitpunkt bei herkömmlichen Verfahren erreicht werden kann.
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Dieser Verlauf ist unter II. in 2c dargestellt. Wie zu erkennen ist, wird die Schmelztemperatur direkt an der Gießformoberfläche bereits überschritten. Der Rest der Schicht des TPE-Materials 4 hat sich bereits auf eine Temperatur aufgeheizt, die nur geringfügig unterhalb der Schmelztemperatur des TPE-Materials 4 liegt. Durch die somit erzielte deutlich gleichmäßigere Beheizung wird die Schmelztemperatur des TPE-Materials über die gesamte Schichtdicke bereits zu dem mit III. korrespondierenden Zeitpunkt überschritten. Hierdurch kann die Formhaut 5 der Gießform 1 deutlich früher als bei Verfahren nach dem Stand der Technik entnommen werden.
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Es sei darauf hingewiesen, dass eine zusätzliche Beheizung mittels eines exotherm reagierenden Inhaltsstoffs stets die vorangehend diskutierte Verkürzung des Verfahrens bewirken kann, unabhängig davon, auf welche Art und Weise die zur Aktivierung der exothermen Reaktion erforderliche Wärme eingebracht wird. Die Verwendung eines exotherm reagierenden Inhaltsstoffs kann also mit einer Beheizung des TPE-Materials mittels Heißluft, Wärmestrahlung, Beheizung der Gießform 1 mittels Heizflüssigkeit oder beliebigen anderen Heizverfahren kombiniert werden.
