DE19633467C2 - Verfahren zur Herstellung von Verbundkörpern aus Kunststoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von wenigstens zweischichtigen Verbundkörpern mit einem ganz oder überwiegend aus Kunststoff bestehenden Trägermate­ rial und einer mit dieser fest verbundenen, porösen Schicht aus einem mit einem Treibmittel aufgeschäumten Polymer.

Verbundkörper der vorgenannten Art finden in der Praxis vielfache Verwendung, beispielsweise als Wärme- und Schalldämmaterial im Hoch- und Innenausbau, im KFZ-Karos­ seriebau etc. Soweit solche Verbundkörper als Grundmate­ rial für Innenverkleidungsteile in Kraftfahrzeugen einge­ setzt werden, wird neben der Schalldämmwirkung insbeson­ dere die Polsterwirkung der porösen Schicht aus sicher­ heitstechnischen Gründen genutzt. Ein weiteres Anwen­ dungsgebiet sind schall- und wärmedämmende Verkleidungen für Maschinen, thermische Isolationsbehälter etc.

Üblicherweise werden das Trägermaterial und das aufge­ schäumte Polymer getrennt voneinander in der jeweils gewünschten Form hergestellt und miteinander verklebt. Dies geschieht in der Regel durch Lösungsmittel, um durch oberflächiges Anlösen des Trägermaterials und des aufge­ schäumten Polymers eine feste Verbindung zu erhalten. Sofern Klebstoffe eingesetzt werden, enthalten auch diese in der Regel Lösungsmittel. Dieses Verfahren ist aufwen­ dig und bringt wegen der Verwendung von Lösungsmitteln Arbeits- und Umweltbelastungen mit sich.

Die DE-OS 15 04 412 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen Verbundkörpern mit einer zumindest teilweise mit einer Haut aus thermoplastischem oder anderem geeigneten Material abgedeckten geschäumten Schicht, wobei eine Schäumform mit der Haut ausgekleidet, die ausgekleidete Form mit einer schaumbildenden Mi­ schung, wie PU oder PVC, gefüllt und mittels MW-Energie gehärtet wird. Zur Vermeidung der Wärmeableitung in die Form während des Härtens des Schaums wird die mit einem MW-absorbierenden Zusatz imprägnierte Haut durch die Absorption der MW-Strahlen gleichfalls erwärmt und wirkt somit als Wärmesperre. Ob zwischen der Haut und dem Schaum eine Verbindung zustandekommt und welcher Art diese Verbindung ist, bleibt weitgehend offen. Es ist anzunehmen, daß es sich im wesentlichen um einen Form­ schluß handelt, der durch wechselseitiges Durchdringen von Haut und Schaum entsteht.

Der US 43 52 854 ist ein Verfahren zur Herstellung schwammförmiger Gegenstände aus einem Gemisch expandier­ barer Elastomere entnehmbar, die mit einem MW-absorbie­ renden Medium sowie einem Treibmittel versetzt und in einer Form mittels MW-Energie geschäumt werden. Hierbei läßt sich die Perosität sowie die Ausbildung einer den Gegenstand umhüllenden Integralhaut durch die Zugabemenge des Treibmittels steuern. Von einer Herstellung mehr­ schichtiger Verbundkörper ist in dieser Druckschrift allerdings nicht die Rede.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Verbundkörpern des vorgenannten Aufbaus vorzuschlagen, bei dem lösungsmittelfrei gearbei­ tet werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für das Trägermaterial ein mikrowellendurchlässiges Polymer und für die poröse Schicht ein Polymer mit mikro­ wellenabsorbierenden Eigenschaften verwendet wird, daß das mit einem Treibmittel versetzte Polymer mit Mikrowel­ len-Energie bis auf die Zersetzungstemperatur des Treib­ mittels erwärmt und der entstehende Polymerschaum zu­ gleich oder anschließend mittels Mikrowellen-Energie soweit erhitzt wird, daß das Trägermaterial an seiner Grenzschicht zum aufgeschäumten Polymer allein durch Wärmeleitung aus diesem soweit anschmilzt, daß nach dem Abkühlen ein fester Verbund von Trägermaterial und ge­ schäumtem Polymer erhalten wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird MW-Energie genutzt, um einerseits den Schäumprozeß in der porösen Schicht durchzuführen, andererseits die Verbindung zwi­ schen dem aufgeschäumten Polymer der porösen Schicht und dem Polymer des Trägermaterials herzustellen, ohne daß für die Verbindung dieser beiden Materialien eine weite­ re, insbesondere lösungsmittelhaltige Komponente oder gar reines Lösungsmittel eingesetzt werden muß. Es entsteht eine homogene und fremdstofffreie Verbindung zwischen den beiden an dem Verbund beteiligten Kunststoffen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die poröse Schicht durch Aufschäumen des treibmittelhaltigen Poly­ mers mittels MW getrennt in Form eines Schaumkörpers oder einzelner Schaumstoffperlen hergestellt und anschließend wiederum durch MW mit dem Trägermaterial verbunden wer­ den, vorzugsweise wird jedoch das treibmittelhaltige Polymer, z. B. als Extrudat lose auf das Trägermaterial aufgebracht und - gegebenenfalls unter gleichzeitigem Formen - aufgeschäumt und zugleich mit dem Polymer des Trägermaterials verbunden.

Es ist zwar bekannt (GB 2 182 599 A), partikelförmige Polymere durch MW-Energie zu einer Art Sinterkörper zu verschmelzen. In diesem Zusammenhang wird ferner vorge­ schlagen, das Polymer mit Treibmittel zu versetzen und die Polymerpartikel durch die MW-Energie nicht nur mitei­ nander zu verschmelzen, sondern zugleich auch aufzutrei­ ben. Ebenso ist es bekannt, MW-Energie zur Erzeugung der Schweißtemperatur beim Verbinden von Folien im Wege des Punktschweißens zu verwenden.

Mit der Erfindung wird ein anderer Weg beschritten, indem das Trägermaterial durch die MW-Strahlen nicht unmittel­ bar beeinflußt wird, sondern nur das aufzuschäumende Polymer, und das Verschweißen bzw. Verschmelzen von poröser Schicht und Trägermaterial nur durch Ableitung der hierfür notwendigen Wärme aus dem aufgeheizten Poly­ mer in die Grenzschicht des Trägermaterials bereitge­ stellt wird.

Vorzugsweise wird ein Treibmittel verwendet, dessen Zersetzungs- oder Verdampfungstemperatur oberhalb der Schmelztemperatur des verwendeten Polymers für die poröse Schicht liegt, so daß bei Aufheizen bis auf diese Tempe­ ratur sichergestellt ist, daß sich nicht nur das Treib­ mittel zersetzt und das Polymer aufschäumt sondern dieses auch einen ausreichenden Wärmeinhalt besitzt, um selbst durch die absorbierte MW-Energie aufzuschmelzen und zudem durch Wärmeleitung das Polymer des Trägermaterials anzu­ schmelzen.

Mit Vorteil werden für das Trägermaterial und die poröse Schicht gleiche Polymere verwendet, wodurch nicht nur ein einwandfreier Verbund, sondern auch ein sortenreines Endprodukt erhalten wird, das wiederum problemlos zu entsorgen ist.

In weiterhin vorteilhafter Ausführung ist vorgesehen, daß beim Bestrahlen mit MW-Energie an freien Oberflächen des geschäumten Polymers eine geschlossene Haut (Integral­ haut) gebildet wird.

Die Integralhaut an der freien Oberfläche des geschäumten Polymers bildet entweder die endgültige Oberflächenstruk­ tur des Verbundkörpers oder ermöglicht das einwandfreie Aufbringen einer weiteren Schicht, z. B. einer Folie, mit bestimmten physikalischen, dekorativen Eigenschaften od. dgl.

Das für die poröse Schicht verwendete Polymer kann selbst mikrowellenabsorbierend sein, was beispielsweise noch durch Vorwärmen des Polymers unterstützt werden kann, oder es werden die mikrowellenabsorbierende Eigenschaft durch ein Additiv erhalten. Hierfür bieten sich Rußpar­ tikel od. dgl. an.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgese­ hen, daß das Additiv mit mikrowellenabsorbierender Eigen­ schaft dem Polymer im Bereich der freien Oberfläche und/oder der Grenzfläche der porösen Schicht zum Träger­ material mit einem höheren Gehalt als im übrigen Bereich des Polymers zugegeben wird.

Durch Anreicherung des MW-absorbierenden Additivs im Bereich der Grenzfläche des Polymers der porösen Schicht zum Trägermaterial, erfolgt dort eine schnellere Aufhei­ zung und wird die Schmelztemperatur schneller erreicht, während für das Aufschäumen - je nach Art des Treibmit­ tels - eine niedrigere Temperatur ausreicht. Dadurch ist sichergestellt, daß die notwendige Energie für die Her­ stellung der Verbindung und für das Aufschäumen gleich­ zeitig bereitgestellt werden und beide Vorgänge gleich­ zeitig ablaufen, ohne daß es zu lokalen Überhitzungen kommt. Auch läßt sich dadurch das Ausmaß der Zersetzung des Treibmittels und damit der Schäumungsgrad steuern.

Wird das MW-absorbierende Additiv auch im Bereich der freien Oberfläche des Polymers angereichert, so entsteht im oberflächennahen Bereich eine stärkere Verdichtung, gegebenenfalls bis zur Bildung einer Integralhaut.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgese­ hen, daß die freie Oberfläche des Polymers der porösen Schicht bereichsweise mit einer mikrowellenundurchlässi­ gen Schicht abgedeckt wird, wobei diese Schicht auch einen variierenden MW-Absorptionskoeffizient in der Ebene der Schicht aufweisen kann.

Durch die MW-undurchlässige Schicht werden die darunter­ liegenden Bereiche des Polymers gegenüber den MW-Strahlen abgeschattet, so daß das Polymer in diesen Bereichen nicht aufgeschäumt wird. Es entsteht also eine Struktur aus massiven und geschäumten Bereichen oder - sofern das Polymer in Granulatform aufgegeben wird - von nur gesin­ terter und zusätzlicher aufgeschäumter Struktur. Durch einen variierenden, insbesondere kontinuierlich sich ändernden MW-Absorptionskoeffizient lassen sich Schaum­ strukturen mit gleichmäßig abnehmendem bzw. zunehmendem Hohlraumvolumen erzeugen.

Selbstverständlich lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch dreischichtige Verbundkörper herstellen, indem auf die freie Oberfläche des Polymers eine weitere Schicht aus einem mikrowellendurchlässigen Polymer aufge­ bracht wird und dieses in gleicher Weise mit dem aufzu­ schäumenden Polymer verbunden wird, wie bei einem nur zweischichtigen Verbundkörper. Die Deckschicht kann insbesondere eine Folie sein.

Je nach Art des herzustellenden Verbundkörpers kann das Trägermaterial platten- oder folienförmig sein, vorzugs­ weise besteht es aus GMT. In weiterhin bevorzugter Ausführung des Verfahrens wird der Verbundkörper während der MW-Behandlung zugleich unter Druck geformt. Stattdes­ sen kann aber auch vorgesehen sein, daß das Trägermate­ rial mit dem treibmittelhaltigen Polymer und gegebenen­ falls einer Deckschicht unter Druck vorgeformt und an­ schließend der lose Verbund mit Mikrowellen bestrahlt wird.

Das Trägermaterial kann auch ein Hohlkörper sein und es kann dieser mit dem treibmittelhaltigen Polymer teilweise gefüllt und dieses anschließend durch Mikrowellenenergie aufgeschäumt werden. Ein solches Verfahren bietet sich insbesondere bei Sandwich-Verkleidungen, bei Behältern etc. an.

Nachstehend ist die Erfindung anhand einiger in der Zeichnung wiedergegebener Ausführungsbeispiele beschrie­ ben. In der Zeichnung ist jeweils im schematischen Schnitt ein Preßformwerkzeug zur Herstellung eines ge­ formtes Verbundkörpers gezeigt, und zwar in den

Fig. 1 und 2 durch Formen eines Materialver­ bundes;

Fig. 3 und 4 durch Vorformen und anschließen­ des Schäumen;

Fig. 5 bis 7 durch Vorformen des Trägermate­ rials und anschließendes Formen des Verbundkörpers.

Den in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispie­ len ist jeweils derselbe Verbundkörper zugrundegelegt, der in einem weitgehend gleichen Preßformwerkzeug, beste­ hend aus einem Unterwerkzeug 1 mit einer Formmulde 2 und einem Oberwerkzeug 3 mit einem entsprechenden Formprofil 4 besteht. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 wird ein vorgeschichteter Materialverbund 5 zwischen die Formwerkzeuge 1 und 3 eingebracht. Der Materialver­ bund besteht aus einem plattenförmigen Trägermaterial 6, z. B. aus GMT, das im endgültigen Zustand des Verbundkör­ pers das tragende Teil bildet. Weiterhin weist der Ver­ bund 5 eine poröse Schicht 7 aus einem aufgeschäumten Polymer und eine Deckschicht 8 in Form einer Folie, gleichfalls aus einem Polymer, auf. Vorzugsweise bestehen die Folie 8, die poröse Schicht 7 und der Kunststoffan­ teil des Trägermaterials 6 aus dem gleichen Polymer. Die poröse Schicht 7 wird aus dem treibmittelhaltigen Polymer beispielsweise durch Bestrahlung mit Mikrowellen-Energie hergestellt.

Der zwischen Unterwerkzeug 1 und Oberwerkzeug 3 einge­ brachte Verbund 5 aus den lose aufeinanderliegenden Schichten 6, 7 und 8 wird in die in Fig. 2 wiedergegebe­ ne Form des Verbundkörpers 9 gepreßt. In den Verbundkör­ per wird wie mit dem Bezugszeichen 10 angedeutet, Mikro­ wellenenergie durch das Werkzeug eingespeist. Zu diesem Zweck ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel zumindest das Unterwerkzeug 1 mikrowellendurchlässig. Ebenso ist die das Trägermaterial 6 bildende Schicht mikrowellen­ durchlässig, während das Polymer der porösen Schicht 7 völlig oder weitgehend mikrowellenundurchlässig ist. Die Folie 8 wiederum ist MW-durchlässig. Durch diesen Aufbau des Verbundes wird die poröse Schicht 7 soweit aufge­ heizt, daß sie zumindest oberflächig anschmilzt und Wärme aus der porösen Schicht in die Grenzfläche des Trägerma­ terials 6 und der Folie 8 abgeleitet wird, so daß diese allein durch Wärmeleitung an den Grenzflächen zur porösen Schicht 7 anschmelzen. Beim Abkühlvorgang entsteht dann ein fester Verbund aller drei Schichten.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 wird das Trä­ germaterial 6, das wiederum vorzugsweise aus GMT besteht, und ein in Form einer Schicht 11 aufgebrachtes, mit einem Treibmittel versetztes Polymer zwischen Unterwerkzeug 1 und Oberwerkzeug 3 vorgeformt. Während dieses Vorformpro­ zesses liegen die Schichten noch lose aufeinander. An­ schließend wird wiederum MW-Energie, wie bei 10 angedeu­ tet, eingespeist. Das Polymer in der Schicht 11 ist wiederum MW-undurchlässig, so daß die Energie absorbiert wird und sich das Treibmittel zersetzt. Die Schicht schäumt auf, wobei das Oberwerkzeug 3 sukzessive angeho­ ben wird, bis die endgültige Stärke der porösen Schicht 7 erreicht ist. Zugleich erfolgt in der zu Fig. 1 und 2 beschriebenen Weise die Verbindung der porösen Schicht 7 mit dem Trägermaterial 6. Bei der MW-Absorption wird auch die dem Trägermaterial 6 gegenüberliegende Oberfläche der porösen Schicht 7 angeschmolzen, so daß sich an der Oberfläche des Profils 4 des Oberwerkzeugs 3 eine Inte­ gralhaut 12 ausbildet. Deren Bildung kann gegebenenfalls noch durch konventionelles Beheizen des Oberwerkzeugs 3 unterstützt werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 bis 7 wird nur das Trägermaterial 6 zwischen Unterwerkzeug 1 und Ober­ werkzeug 3 vorgeformt. Nach Öffnen des Werkzeugs wird treibmittelhaltiges Polymer 13, z. B. direkt mittels eines Extruders 14, lose auf das Trägermaterial 6 aufgegeben. Anschließend wird die Form geschlossen, wobei das Ober­ werkzeug 3 gegenüber dem Unterwerkzeug 1 etwa auf die endgültige Stärke des Verbundkörpers eingestellt wird. Durch Einspeisen von MW-Energie schäumt das Polymer 13 zu der porösen Schicht 7 auf und verteilt sich dabei gleich­ mäßig im Formspalt. Auch hierbei kann an der dem Träger­ material gegenüberliegenden Seite eine Integralhaut 12 ausgebildet werden.

Für das Polymer der porösen Schicht 7 wird ein Treibmit­ tel verwendet, dessen Zersetzungs- bzw. Verdampfungstem­ peratur zumindest etwas oberhalb des Schmelzpunktes des Polymers des Trägermaterials 6 und gegebenenfalls der Folie 8 liegt, so daß beim Aufschäumen des Polymers zumindest an den Grenzflächen zu den benachbarten Schich­ ten soviel Wärme abgeleitet wird, daß diese oberflächig anschmelzen und nach dem Abkühlen ein fester Verbund erhalten wird.

Claims (16)

1. Verfahren zur Herstellung von wenigstens zweischich­ tigen Verbundkörpern mit einem ganz oder überwiegend aus einem Polymer bestehenden Trägermaterial und einer mit dieser fest verbundenen porösen Schicht aus einem mit Hilfe eines Treibmittels aufgeschäum­ ten Polymer, dadurch gekennzeichnet, daß für das Trägermaterial ein mikrowellendurchlässiges Polymer und für die poröse Schicht ein Polymer mit mikrowel­ lenabsorbierenden Eigenschaften verwendet wird, daß das mit dem Treibmittel versetzte Polymer mit Mikro­ wellen-Energie bis auf die Zersetzungstemperatur des Treibmittels erwärmt und der entstehende Polymer­ schaum zugleich oder anschließend mittels Mikrowel­ len-Energie soweit erhitzt wird, daß das Trägerma­ terial an seiner Grenzschicht zum aufgeschäumten Polymer allein durch Wärmeleitung aus diesem soweit anschmilzt, daß nach dem Abkühlen ein fester Verbund von Trägermaterial und geschäumtem Polymer erhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Treibmittel versetzte Polymer in losen Kontakt mit dem Trägermaterial gebracht wird und der lose Verbund mit Mikrowellen-Energie derart bestrahlt wird, daß unter gleichzeitigem Aufschäumen des Polymers das Trägermaterial durch Wärmeleitung aus dem aufschäumenden Polymer anschmilzt und mit diesem verbunden wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Treibmittel verwendet wird, dessen Zersetzungs- oder Verdampfungstemperatur oberhalb der Schmelztemperatur des für die poröse Schicht verwendeten Polymers liegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für das Trägermaterial und die poröse Schicht gleiche Polymere verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Bestrahlen mit MW-Energie an freien Ober­ flächen des geschäumten Polymers eine geschlossene Haut (Integralhaut) gebildet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für die poröse Schicht ein Polymer, das selbst mikrowellenabsorbierende Eigenschaften aufweist oder diese durch ein Additiv erhält, ver­ wendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Additiv mit mikrowellenabsorbierender Eigen­ schaft dem Polymer im Bereich der freien Oberfläche und/oder der Grenzfläche der porösen Schicht zum Trägermaterial mit einem höheren Gehalt als im übri­ gen Bereich der porösen Schicht zugegeben wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die freie Oberfläche des Polymers der porösen Schicht bereichsweise mit einer mikrowellen­ undurchlässigen Schicht abgedeckt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die freie Oberfläche des Polymers der porösen Schicht bereichsweise mit einer Schicht abgedeckt wird, die einen variierenden MW-Absorp­ tionskoeffizient in der Ebene der Schicht aufweist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf die freie Oberfläche des Polymers der porösen Schicht eine weitere, im we­ sentlichen mikrowellendurchlässige Schicht, die ganz oder überwiegend aus dem gleichen Polymer besteht, aufgelegt und mit dem Polymer der porösen Schicht beim Bestrahlen mit Mikrowellen-Energie durch An­ schmelzen seiner Grenzschicht mit dem Polymer der porösen Schicht verbunden wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als weitere Schicht eine Folie aus dem gleichen Polymer wie die poröse Schicht verwendet wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein platten- oder folienförmiges Trägermaterial verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Trägermaterial ein Hohlkörper verwendet, dieser mit dem mit Treibmittel versetzten Polymer teilweise gefüllt und dieses anschließend durch Mikrowellen-Energie aufgeschäumt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Trägermaterial GMT verwendet wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundkörper während der MW-Behandlung zugleich unter Druck geformt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial mit dem treibmittelhaltigen Polymer und gegebenenfalls einer Deckschicht unter Druck vorgeformt und anschließend der lose Verbund mit MW-Energie bestrahlt wird.