DE102022117286A1

DE102022117286A1 - Verfahren zur Herstellung eines Zierteils mit Naturfaseroptik

Info

Publication number: DE102022117286A1
Application number: DE102022117286.4A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Süß; Jörg Zöller; Rafael Kussmann
Original assignee: HIB Trim Part Solutions GmbH
Current assignee: HIB Trim Part Solutions GmbH
Priority date: 2022-07-12
Filing date: 2022-07-12
Publication date: 2024-01-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Zierteils mit Naturfaseroptik für Fahrzeuge mit einer auf einer Sichtseite des Zierteils angeordneten und von außen erkennbaren Faserlage mit einer Zwischenräume aufweisenden Faserstruktur, welche aus Fasern gebildet ist, von denen zumindest ein Teil Naturfasern sind, wobei das Verfahren ein Durchfärben der Naturfasern vor einem Nassimprägnieren und Trocknen der Fasern oder einer daraus gebildeten Faserlage umfasst und die Faserlage anschließend auf einem Zierteilträger befestigt und eine Lackschicht sichtseitig aufgebracht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Zierteils mit Naturfaseroptik für Fahrzeuge mit einer auf einer Sichtseite des Zierteils angeordneten und von außen erkennbaren Naturfaserlage.
In Kraftfahrzeugen können eine Vielzahl von Faserverbundbauteilen oder Fasern aufweisende Zierteile eingesetzt werden, welche auch zum Teil eine Faseroptik bereitstellen. Dabei werden bisher oftmals Kunst- oder Mineralfasern, wie beispielsweise Karbonfasern verwendet.
Aus verschiedenen Gründen, wie beispielsweise einem sich ändernden ästhetischen Empfinden und einem größeren Umweltbewusstsein, sollen auch verstärkt Naturmaterialen in Fahrzeugen verwendet werden und die Oberflächenoptik bestimmen. Die Naturfasern bzw. die Zierteile, welche die Naturfasern aufweisen, müssen dabei jedoch dennoch die Anforderungen insbesondere im Automobilbau erfüllen.
Daher müssen auch mit Naturfasern gebildete Zierteile auf die Farbgebung des Fahrzeugs bzw. des Fahrzeuginnenraums einstellbar, temperatur- und UV-lichtbeständig sowie abriebfest sein.
Problematisch dabei ist, dass Naturfasern in ihrer Ursprungsform diese Anforderungen nicht erfüllen.
Mit Naturfasern gebildete Faserlagen oder die daraus hergestellten Zierteile sind zudem bei der Bearbeitung oftmals anfällig hinsichtlich Verzug und Kantenbeschnitt.
Auch das Färben solcher Naturfasern aufweisender Faserlagen oder Zierteile hat sich als schwierig herausgestellt, da die Fasern insbesondere Beize stark aufsaugen und ein hoher Farbauftrag notwendig ist.
Druckschriftlicher Stand der Technik ist beispielsweise mit den Dokumenten DE 10 2009 006 130 A1 , DE 20 2004 003 214 U1 , WO 2004/076506 A1 , DE 197 23 504 C1 sowie der WO 2016/075015 A1 offenbart.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und ein Verfahren bereit zu stellen, mit welchem Zierteile für Kraftfahrzeuge mit einer Naturfaseroptik und verbesserter Qualität hinsichtlich Oberflächenbeschaffenheit, Abriebfestigkeit, UV-Licht- und Temperaturbeständigkeit sowie Verarbeitbarkeit hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird mit einer Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 und 2 gelöst.
Erfindungsgemäß wird vorgesehen, dass Naturfasern insbesondere vor einer Verarbeitung zu einer Faserlage und insbesondere vor einem Imprägnieren oder Nassimprägnieren durchgefärbt werden. Weiter wird eine Faserlage, welche zumindest zum Teil und weiter vorzugsweise vollständig aus den Naturfasern gebildet ist und die Faseroptik an der Sichtseite des Zierteils bereitstellt, vorab mit einer Polymerdispersion nassimprägniert, um ein Eindringen von Lack, insbesondere eines Klarlacks in Zwischenräume der Fasern bzw. der Faserlage zu verbessern und die Neigung einer darin befindlichen Luft zum Ausgasen zu verringern. Auch kann hierdurch die ansonsten oftmals nötige Primerapplikation auf die Faserlage entfallen.
Konkret wird ein Verfahren zur Herstellung eines Zierteils mit Naturfaseroptik für Fahrzeuge mit einer auf einer Sichtseite des Zierteils angeordneten und von außen erkennbaren Faserlage, insbesondere in einem vorbestimmten Farbton, vorgeschlagen, wobei die Faserlage eine Zwischenräume aufweisende Faserstruktur aufweist, welche aus Fasern gebildet ist, von denen zumindest ein Teil Naturfasern sind. Dabei umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zumindest die folgenden Verfahrensschritte:

- Ein- bzw. Durchfärben der Naturfasern, wobei die Naturfasern sich beim Durchfärben insbesondere in einem Rohzustand befinden, d.h. zwar gereinigt und vorzugsweise vereinzelt, jedoch noch nicht weiterverarbeitet sind. Entsprechend wird das Durchfärben vorzugsweise vor dem Herstellen der Faserlage und dem Nassimprägnieren durchgeführt. Durch das Ein- bzw. Durchfärben, sollen die Fasern und dadurch auch die später daraus gebildete Faserlage vorzugsweise unmittelbar mit dem vorgesehenen bzw. vorbestimmten Farbton versehen werden.
- Herstellen der Faserlage aus den Fasern.
- Nassimprägnieren der Faserlage mit einer wässrigen Polymerdispersion, so dass die Polymerdispersion in die Faserlage zumindest teilweise eindringt und eine Eignung zum Eindringen eines Lackes in die Zwischenräume der Faserstruktur erhöht.
- Trocknen der nassimprägnierten Faserlage.
- Befestigendes Anordnen der Faserlage auf einem Zierteilträger mit einer Ausrichtung zur Sichtseite des Zierteils, d.h. auf einer der Sichtseite zugewandten Seite des Zierteilträgers.
- Aufbringen einer Lackschicht über die auf dem Zierteilträger angeordnete Faserlage zur Bildung einer durchsichtigen Oberflächenschicht auf der Sichtseite des Zierteils, wobei Lack in die Zwischenräume der Faserlage eindringt. Die Lackschicht ist in einem ausgehärteten bzw. erstarrten Zustand entsprechend ebenfalls durchsichtig und vorzugsweise vollständig transparent bzw. transluzent.

Weiter wird ein Verfahren vorgeschlagen, welches sich ebenfalls dadurch auszeichnet, dass die Naturfasern durchgefärbt werden und sich von dem vorgenannten Verfahren dadurch unterscheidet, dass die Fasern Nassimprägniert und getrocknet werden, bevor aus den Fasern die Faserlage hergestellt bzw. die Fasern zu der Faserlage verarbeitet werden.
Die Nassimprägnierung der Faserlage oder der einzelnen Fasern mit der wässrigen Polymerdispersion, welche insbesondere auf Polyurethan, Acrylat oder Polyvinylazetat oder einer Mischung hieraus basiert, verändert die Oberflächenstruktur der Naturfasern bzw. der Faserfilamente und soweit andere Fasern, wie Kunst- oder Mineralfasern vorhanden sind, auch deren Oberflächenstruktur, so dass sich der Lack mit der Faserlage vernetzt, ohne dass Lufteinschlüsse verbleiben.
Dadurch, dass die Naturfasern bereits vor der Nassimprägnierung und vor dem Herstellen der Faserlage durchfärbt und dabei entsprechend behandelt werden, wird auch in der Faserlage verhindert, dass die einzelnen Fasern bzw. Naturfasern aus einer durch die Faserlage bestimmten Ebene bzw. über die von der Faserlage bestimmte Sichtseite hervorstehen und somit Unebenheiten verursachen.
Vorzugsweise sind die Fasern, insbesondere die Naturfasern und/oder die daraus gebildete Faserlage geschlichtet.
Dabei besteht die Faserstruktur bei einer vorteilhaften Weiterbildung vollständig aus Naturfasern, bei welchen es sich beispielsweise um Flachs bzw. Flachsfasern handeln kann. Besteht die Faserstruktur nicht vollständig aus Naturfasern, kann die Faserstruktur auch zum Teil aus Kunstfasern und/oder Mineralfasern gebildet sein, wobei die Naturfaseroptik weiterhin durch die Naturfasern bereitgestellt bzw. bestimmt wird.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass die Naturfasern beim Durchfärben mit einem Primer, mit einer Beize und einem insbesondere farblosen Lack behandelt werden.
Beispielsweise bei dem Durchfärben oder vor dem Durchfärben oder aber nach dem Durchfärben, jedoch in jedem Fall vor dem Nassimprägnieren, können die Naturfasern zumindest einmalig und vorzugsweise mehrmalig mit zumindest einem Additiv zur Erhöhung der Temperaturbeständigkeit und/oder zur UV-Lichtbeständigkeit behandelt werden.
Hierbei sieht eine Variante des Verfahrens vor, dass das Additiv unmittelbar auf die vorzugsweise unbehandelten d.h. noch nicht durchfärbten Naturfasern aufgetragen und/oder dem Primer und/oder der Beize und/oder dem Lack beim Durchfärben der Fasern beigemengt wird.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das Additiv oder die Additive und ob sie vor dem Durchfärben unmittelbar auf die Fasern aufgetragen und/oder dem Primer und/oder der Beize und/oder dem Lack beim Durchfärben der Fasern beigemengt wird bzw. werden, auf das als Naturfasern verwendete Material und dessen Ursprungs-Farbton und den zu erreichenden Farbton sowie auf die zu erreichenden Eigenschaften abgestimmt wird bzw. werden.
Nach dem Herstellen der Faserlage kann insbesondere auf einer zu der Sichtseite weisenden bzw. bestimmenden Seite der Faserlage bzw. dessen Faserstruktur zumindest eine Farbschicht zur Feineinstellung des Farbtons aufgebracht werden. Diese Farbschicht bildet entsprechend eine Zwischenschicht zwischen der Faserlage und der Lackschicht. Das Aufbringen der Farbschicht erfolgt vorzugsweise im Sprühverfahren, wobei die Farbschicht und insbesondere ein die Farbschicht bildender Lack auf Wasser oder Lösungsmittel basieren kann. Durch die Farbschicht kann nicht nur der Farbton justiert bzw. feineingestellt, sondern auch die Beständigkeit und insbesondere die UV-Beständigkeit der Faserlage bzw. dessen Faserstruktur erhöht werden.
Die Faserlage kann zudem vorzugsweise durch Weben bzw. Verweben der Fasern, von welchen zumindest ein Teil die Naturfasern sind, zu der Faserlage hergestellt werden, sodass es sich bei der Faserlage insbesondere um ein Gewebe handelt.
Ferner kann beim Durchfärben der Naturfasern vorgesehen sein, dass ein erster Teil der Naturfasern in einem ersten vorbestimmten Farbton und ein zweiter Teil der Naturfasern in einem zweiten vorbestimmten Farbton gefärbt werden. Bei dem Herstellen der Faserlage und insbesondere bei einem Verweben der Fasern zu der Faserlage kann dann aus dem ersten Teil und dem zweiten Teil der Naturfasern eine Faserlage mit einem vorbestimmten Farbmuster mit dem ersten und zweiten Farbton erzeugt werden.
Die zu verwendende wässrige Dispersion auf Basis von Polyurethan, Acrylat oder Polyvinylazetat oder einer Mischung hieraus weist einen Festkörpergehalt von 1 - 70%, weiter bevorzugt von 10 - 60% und weiter bevorzugt von 25 - 50% auf.
Zwar ist es grundsätzlich für Zierteile mit einer Faseroptik nicht üblich, jedoch ist in einer Ausführungsvariante gleichwohl vorgesehen, dass die Faserlage vor dem Anordnen auf dem Zierteilträger eine Primerschicht zur Haftungserzeugung d.h. als Haftvermittler oder Haftvermittlerschicht erhält. Diese Primerschicht wird entsprechend vorzugsweise auf einer von der Sichtseite abgewandten Seite der Faserlage bzw. der Faserstruktur aufgebracht, sodass die Faserlage über diese Haftvermittlerschicht verbessert an dem Zierteilträger haften kann.
Zusätzlich oder alternativ zu der Primerschicht, kann auf der Faserlage auch eine Faserzwischenschicht als Haftvermittler bzw. Haftvermittlerschicht angeordnet werden. Diese Faserzwischenschicht kann insbesondere aus einem Vliesstoff bzw. aus nichtverwobenen Fasern (nonwoven) gebildet sein. Dabei ist die Faserzwischenschicht als Haftvermittler insbesondere dann von Vorteil, wenn der Zierteilträger durch ein Hinterspritzen der Faserlage ausgebildet wird.
Zur Nassimprägnierung wird die Faserlage vorzugsweise herstellungsprozessintegriert durch ein Dispersionsbad gefahren, so dass die Herstellung an einer Fertigungsstraße mit ineinander übergehenden Verfahrensschritten erfolgt. Die Faserlage wird dabei mit einer Geschwindigkeit von 0,5 - 10 m/min, vorzugsweise von 1 - 2 m/min durch das Dispersionsbad befördert und erfolgt dabei über eine Eintauchdauer von 10 - 60 s. Die Nassimprägnierung erfolgt in einer Weise, dass die Faserlage eine Flächengewichtszunahme in Abhängigkeit von dem Gewebetyp von 1 - 50g/m², vorzugsweise 5 bis 20 g/m² erfährt.
Nach der Nassimprägnierung erfolgt der Trockenschritt günstiger Weise in einer Trockenstrecke bei einer Temperatur von 20-120°C, besonders bevorzugt von 60 - 120 °C, bis zu einer Restfeuchte von unter 1%. Eine Trockenstrecke ermöglicht wie das Durchfahren des Dispersionsbades die herstellungsprozessintegrierte Trocknung innerhalb derselben Fertigungsstraße.
Die nassimprägnierte und getrocknete Faserlage wird in einer ersten Alternative durch Aufkaschieren an den Zierteilträger befestigt. In einer zweiten Alternative erfolgt die Befestigung dadurch, dass der Zierteilträger an die Faserlage im Spritzgießverfahren hinterspritzt wird. Dabei sind ferner zusätzlich dreidimensionale Umformprozesse des Zierteilträgers mit der darauf befestigen Faserlage durchführbar. Die Nassimprägnierung mit den genannten Polymerdispersionen verbessert dabei ferner die Faser- und Schiebverfestigung und reduziert die Neigung zum Faserbruch der Fasern und insbesondere der Naturfasern bei Kaschier- und Umformprozessen.
Gleiches gilt für nachfolgende Verarbeitungsschritte und insbesondere eine Kantenbearbeitung, beispielsweise durch spanende Bearbeitung, wie durch Fräsen.
Das Aufbringen der Lackschicht erfolgt in einer vorteilhaften Ausführungsvariante und insbesondere zur Erzeugung einer die Sichtseite bildenden Hochglanzoberfläche durch Übergießen der Faserlage.
Die Lackschicht ist insbesondere aus einem Zweikomponenten Polyurethan-Gießsystem gebildet, wobei sowohl aromatische oder aliphatische sowie lichtechte und nicht-lichtechte Polyurethanlacke einsetzbar sind.
Soll alternativ eine offenporige Oberfläche an der Sichtseite erzeugt werden, erfolgt die Aufbringung der Lackschicht vorzugsweise im Sprühverfahren.
Das Verfahren ist besonders kostengünstig ausführbar wenn die Fasern, aus welchen das Fasergewebe gebildet wird und insbesondere die Naturfasern als Einzelfasern oder als Faserbündel bzw. das Fasergewebe als vorgefertigte Rollenware herstellungsprozessintegriert verarbeitet wird, d.h. von einer Rolle abgezogen, durchfärbt, nassimprägniert, getrocknet und entweder wieder auf eine Rolle aufgewickelt oder unmittelbar zur Anordnung der Faserlage auf dem Zierteilträger entsprechend der Größe des Zierteilträgers zurechtgeschnitten wird.
In einer weiteren Ausführungsvariation ist vorgesehen, dass die Faserlage zusätzlich ein Stützgewebe aufweist, so dass die Faserlage leichter verarbeitbar und auf dem Zierteilträger positionierbar ist. Das Stützgewebe ist dabei vorzugsweise auf einer von der Sichtseite abgewandten Seite der Faserlage angeordnet, sodass die Sichtseite bzw. die Optik weiterhin durch die Naturfasern bestimmt wird.
Zusätzlich zu den Verfahrensschritten erfolgen mögliche Schritte wie das Befräsen des Zierteils nach dem Aufbringen des Lacks sowie das Polieren der Oberfläche, wobei der aufgrund der Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung benötigte Polieraufwand um ein Vielfaches verringert ist.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Beispielsweise kann das Kaschieren der Faserlage händisch oder maschinell erfolgen. Der Zierteilträger kann auch aus Spritzguss oder Holzlaminat sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009006130 A1 [0008]
DE 202004003214 U1 [0008]
WO 2004076506 A1 [0008]
DE 19723504 C1 [0008]
WO 2016075015 A1 [0008]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Zierteils mit Naturfaseroptik für Fahrzeuge mit einer auf einer Sichtseite des Zierteils angeordneten und von außen erkennbaren Faserlage, insbesondere in einem vorbestimmten Farbton, wobei die Faserlage eine Zwischenräume aufweisende Faserstruktur aufweist, welche aus Fasern gebildet ist, von denen zumindest ein Teil Naturfasern sind, umfassend die Verfahrensschritte: - Durchfärben der Naturfasern, - Herstellen der Faserlage aus den Fasern, - Nassimprägnieren der Faserlage mit einer wässrigen Polymerdispersion, so dass die Polymerdispersion in die Faserlage zumindest teilweise eindringt und eine Eignung zum Eindringen eines Lackes in die Zwischenräume der Faserstruktur erhöht, - Trocknen der nassimprägnierten Faserlage, - Befestigendes Anordnen der Faserlage auf einem Zierteilträger mit einer Ausrichtung zur Sichtseite des Zierteils, - Aufbringen einer Lackschicht über die auf dem Zierteilträger angeordnete Faserlage zur Bildung einer durchsichtigen Oberflächenschicht auf der Sichtseite des Zierteils, wobei Lack in die Zwischenräume der Faserlage eindringt.
Verfahren zur Herstellung eines Zierteils mit Naturfaseroptik für Fahrzeuge mit einer auf einer Sichtseite des Zierteils angeordneten und von außen erkennbaren Faserlage, insbesondere in einem vorbestimmten Farbton, wobei die Faserlage eine Zwischenräume aufweisende Faserstruktur aufweist, welche aus Fasern gebildet ist, von denen zumindest ein Teil Naturfasern sind, umfassend die Verfahrensschritte: - Durchfärben der Naturfasern, - Nassimprägnieren der Fasern mit einer wässrigen Polymerdispersion, so dass die Polymerdispersion in die Fasern zumindest teilweise eindringt und eine Eignung zum Eindringen eines Lackes in die Zwischenräume der Faserstruktur der Karbonlage erhöht, - Trocknen der nassimprägnierten Fasern, - Herstellen der Faserlage aus den nassimprägnierten und getrockneten Fasern, - Befestigendes Anordnen der Faserlage auf einem Zierteilträger mit einer Ausrichtung zur Sichtseite des Zierteils, - Aufbringen einer Lackschicht über die auf dem Zierteilträger angeordnete Faserlage zur Bildung einer durchsichtigen Oberflächenschicht auf der Sichtseite des Zierteils, wobei Lack in die Zwischenräume der Faserlage eindringt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Faserlage und/oder die Fasern und insbesondere die Naturfasern geschlichtet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, auf einer zu der Sichtseite weisenden Seite der Faserlage insbesondere im Sprühverfahren zumindest eine Farbschicht zur Feineinstellung des Farbtons aufgebracht wird, welche eine Zwischenschicht zwischen der Faserlage und der Lackschicht bildet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Faserstruktur vollständig aus Naturfasern und insbesondere Flachsfasern gebildet ist oder wobei die Faserstruktur zu einem Teil aus Kunstfasern und/oder Mineralfasern gebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Naturfasern beim Durchfärben mit einem Primer, mit einer Beize und einem insbesondere farblosen Lack behandelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Naturfasern vor dem Nassimprägnieren mit zumindest einem Additiv zur Erhöhung der Temperaturbeständigkeit und/oder zur UV-Lichtbeständigkeit behandelt werden.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Naturfasern mehrmals mit dem Additiv behandelt werden.
Verfahren nach den drei vorhergehenden Ansprüchen, wobei das Additiv unmittelbar auf die Naturfasern aufgetragen und/oder dem Primer und/oder der Beize und/oder dem Lack beigemengt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Faserlage durch Weben hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Polymerdispersion auf Polyurethan, Acrylat oder Polyvinylazetat oder einer Mischung hieraus basiert.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserlage vor dem Anordnen auf dem Zierteilträger insbesondere auf ihrer von der Sichtseite abgewandten Seite eine Primerschicht und/oder Faserzwischenschicht zur Haftungserzeugung erhält.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserlage durch Aufkaschieren an den Zierteilträger befestigt wird.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zierteilträger an die Faserlage hinterspritzt wird.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserlage zusätzlich ein Stützgewebe aufweist.
Zierteil mit Naturfaseroptik hergestellt nach zumindest einem der vorigen Ansprüche.