DE102004034323A1

DE102004034323A1 - Duroplastgebundene Faserformteile und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE102004034323A1
Application number: DE200410034323
Authority: DE
Inventors: Franz Josef Müller
Original assignee: Hexion Speciality Chemicals GmbH
Current assignee: Hexion GmbH
Priority date: 2004-07-15
Filing date: 2004-07-15
Publication date: 2006-02-16
Also published as: RU2007105556A; KR101221731B1; EP1771614A1; CN101068965A; CA2584298A1; WO2006008062A1; MX2007000220A; RU2379392C2; CN101068965B; US20100285314A1; US8012575B2; ZA200609309B; CA2584298C; KR20070058450A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf duroplastgebundene Faserformteile, hergestellt aus Fasermaterial auf der Basis von Natur- und/oder Synthesefasern, das mittels eines duroplastischen Bindemittels gebunden ist. DOLLAR A Um duroplastgebundene Faserformteile herzustellen, bei denen zwar einerseits die guten mechanischen, schallabsorptions- und brandtechnischen Eigenschaften der phenolharzgebundenen Faserformteile erhalten bleiben, bei denen aber möglichst jede phenolharzbedingte Geruchsbildung eliminiert ist, wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Adsorbens an der Oberfläche und/oder im Inneren des Faserformteils während des Prozesses der Vor- und/oder Aushärtung des duroplastischen Bindemittels eingebettet worden ist.

Description

Die Erfindung betrifft duroplastgebundene Faserformteile hergestellt aus Fasermaterial auf der Basis von Natur- und/oder Synthesefasern, das mittels eines duroplastischen Bindemittels gebunden ist.
Aus Fasern hergestellte Formteile werden z.B. als klimaregulierende Schallabsorptionsteile und Formteile mit hoher Oberflächen- und Splitterfestigkeit u.a. im Automobilbau verwendet. Üblicherweise werden derartige Formteile durch Formpressung und gleichzeitige Härtung aus phenolharzgebundenen Faserschichten (Vliesstoffen ) hergestellt.
Diese Produkte haben den Nachteil, dass sie gelegentlich, vor allem nach Einwirkung erhöhter Temperaturen und Feuchtigkeit einen störenden Geruch verbreiten, der größtenteils vom Härtungsmittel (Hexamethylentetramin) bzw. dessen aminischen Zersetzungsprodukten herrührt.

Gemäß EP-A 0 254 807 wird dieses Problem dadurch gelöst, dass als Bindemittel ein pulverförmiges Gemisch aus einem nicht wärmereaktiven Phenolharz und einem oder mehreren Kondensationsprodukten aus der Gruppe der Phenol-, Amino- oder Epoxidharze eingesetzt wird. Obwohl dadurch die durch Hexamethylentetramin bedingte Geruchsbildung vermieden wird, verbleibt ein Restgeruch aus dem Phenolharz.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, duroplastgebundene Faserformteile herzustellen, bei denen zwar einerseits die guten mechanischen, schallabsorptions- und brandtechnischen Eigenschaften der phenolharzgebundenen Faserformteile erhalten bleiben, bei denen aber möglichst jede phenolharzbedingte Geruchsbildung eliminiert ist.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch duroplastgebundene Faserformteile, bei denen zumindest ein Adsorbens an der Oberfläche und/oder im Inneren des Faserformteils während des Prozesses der Vor- und/oder Aushärtung des duroplastischen Bindemittels eingebettet worden ist.

Es war insbesondere überraschend festzustellen, dass nach dem Herstellungsprozess des duroplastgebundenen Faserformteils (unter Druck und Temperatur) bei dem in der Regel genügend Produkte freigesetzt werden, die die Aufnahmefähigkeit des Adsorbens erschöpfen könnten, die Kapazität des Adsorbens noch ausreichend ist, um nachträglich im Gebrauch des Faserformteils noch geruchsbildende Produkte aufzunehmen.

Besonders bevorzugt ist, wenn das Adsorbens in einer Konzentration von 1 bis 30 Gewichtsteile, bevorzugt 15 bis 20 Gewichtsteile, bezogen auf das duroplastische Bindemittel enthalten ist.

Um eine gute Vermischung zwischen Bindemittel und Adsorbens während des Herstellprozesses zu gewährleisten, ist es von Vorteil, wenn die Korngröße des Adsorbens der des Bindemittels angepasst ist, was bedeutet, dass die Korngrößenabweichung vom Bindemittel ± 20% nicht überschreiten sollte.

Als Adsorbens können verschiedene aus dem Stand der Technik bekannte Materialien verwendet werden, wie z. B. Silicagel, Zeolithe oder Alumosilikate. Besonders bevorzugt ist jedoch, wenn das Adsorbens Aktivkohle ist. Die spezifischen Eigenschaften der Aktivkohle bewirken nahezu keine Veränderungen im Fließverhalten, in der Reaktivität oder auch im Schmelzverhalten während der Herstellung des duroplastgebundenen Faserformteils.

Als duroplastische Bindemittel können alle selbsthärtende Harze oder mit Härter oder Härtungskatalysator versehene Harze, die oberhalb einer bestimmten Temperatur zu einem hochpolymeren Produkt härten, verwendet werden. Einsetzbare Harze sind Diallylphthalat-, Epoxid-, Harnstoff-, Melamin-, Melamin-Harnstoff, Melamin-Phenol-, Phenol- und ungesättigte Polyesterharze und entsprechende Kombinationen. Als weitere Bestandteile können die üblicher Weise eingesetzten Stearate, Siliziumdioxid, Gleitmittel, interne Trennmittel und/oder Flammschutzmittel im Bindemittel enthalten sein.

Bevorzugte Bindemittel sind solche auf Basis von Phenolharz und/oder Epoxidharz und/oder Epoxid-Polyesterharzgemischen, wobei unterschiedliche Zusammensetzungen vorliegen können. Auch können Rückstände aus der Lackindustrie, sogenannte Pulverlackrückstände eingesetzt werden.

Als Bindemittel auf Basis von Phenolharz können alle Kondensationsprodukte aus phenolischen Verbindungen und Aldehyden, insbesondere aus Phenol, Kresol oder Xylenol und Formaldehyd eingesetzt werden und zwar sowohl Resole als auch übliche Novolak-Härter-Gemische, insbesondere Novolak-Hexamethylentetramin-Gemische. Die eingesetzten Phenolharze sind in der Regel pulverförmig. Bindemittel auf Basis von Epoxidharz sind in der Regel pulverförmige Gemische aus Epoxidverbindungen mit mindestens zwei Epoxidgruppen pro Molekül und einem Härter. Als Härter sind bevorzugt latente Härter oder zumindest solche, die zwischen dem Zeitpunkt der Mischung und der Härtung eine ausreichende Verarbeitungszeit zulassen. Beispiele hierfür sind Säureanhydride, Imidazolderivate, bevorzugt aber Novolake oder Metallkomplexverbindungen wie sie z.B. aus EP-B 0 518 908 bekannt sind.

Das Adsorbens wird bevorzugt in Kombination, d.h. im Gemisch mit dem duroplastischen Bindemittel in bzw. auf das Fasermaterial eingebracht. Dadurch ist kein zusätzlicher Verfahrensschritt erforderlich, um das Faserformteil mit dem Adsorbens auszustatten. Generell ist es aber auch möglich, auf das Faserformteil eine Matte aus Adsorbens bestehenden oder enthaltenden Abmischungen auf das ungehärtete Faserformteil (Halbzeug und/oder Fertigteil) aufzulegen und somit die Einbettung des Adsorbens während des Härtungsprozesses vorzunehmen.

Als Fasern können anorganische Fasern wie z.B. Glasfasern ebenso eingesetzt werden wie organische faserartige Materialien oder beliebige Fasergemische.

Bevorzugt werden organische Fasern wie Wolle, Baumwolle, Zellwolle, Jute, Flachs, Hanf, Polyester- oder Acrylfasern und Gemische hiervon.

Ein Großteil des verwendeten Fasermaterials wird über einen Reißprozess aus Textilabfällen gewonnen.

Diese Fasern werden nach an sich bekannten Verfahren (z. B. aerodynamisches Verfahren, Krempelprozess) mit den jeweiligen Bindemitteln gemischt und zu einzelnen Faserschichten (Vliesen, z. B. Krempelvliesen) gelegt. Das Verhältnis von Bindemittel zu Fasergut kann je nach Anwendungsbereich variieren und liegt zwischen 10–40 zu 90–60. Die einzelnen Faserschichten oder die so hergestellten Gelege (Halbzeuge) werden in an sich bekannter Weise zugeschnitten und können entweder vorgehärtet und erst zu einem späteren Zeitpunkt unter Formgebung ausgehärtet werden, oder die Gelege werden sofort als Planware bei Temperaturen oberhalb der Härtungstemperaturen der duroplastischen Bindemittel gehärtet.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen duroplastgebundenen Faserformteils erfolgt bevorzugt im aerodynamischen Verfahren. Bei diesem Verfahren wird das vorgeöffnete Fasermaterial weiter zerteilt, von einem Luftstrom erfasst, transportiert und auf einer Lochsiebwalze laufend zum Vlies abgelegt. Das Bindemittel und das Adsorbens wird gleichzeitig und/oder getrennt voneinander in Pulverform über Walzen, Vibrationsrinnen oder ähnlichen Dosiereinrichtungen in das Vlies eingestreut. In einem nachgeschalteten System wird durch Verwirbelung für eine intensive und gleichmäßige Verteilung des Bindemittels im Vliesmaterial gesorgt. Anschließend wird das jetzt bindemittelhaltige Fasergut unter Saugwirkung wieder auf den Querschnitt der Faserbahn in einen zwischen Saugwalzen gebildeten Spalt zusammengeführt und erneut zum Vlies abgelegt.

Diese Vliesbahn wird kurzzeitig so erhitzt, dass die duroplastischen Bindemittel aufschmelzen und auf der Faser fixieren aber nicht aushärten. Danach wird die Vliesbahn abgekühlt und konfektioniert. Abschließend werden die so hergestellten Halbzeuge, gegebenenfalls unter Formgebung, in an sich bekannter Weise verpresst und gehärtet, wobei auch hierzu mehrere dieser Halbzeuge übereinandergelegt und miteinander verpresst und gehärtet werden können.

Die Härtung des Bindemittels und damit die endgültige Verfestigung der Faservliese zum Vliesstoff kann ebenfalls nach verschiedenen Techniken vorgenommen werden (Heißkaltpressverfahren oder bevorzugt das Heißpressverfahren). Beim Heißpressverfahren wird das Vlies im Härtungskanal bei niedrigeren Temperaturen vorgetrocknet/vorgehärtet und im anschließendem Heißpressen entsprechend verformt.

Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden:
Es wurde das Bindemittel Bakelite^® PF 7077 TP (Produkt der Bakelite AG, Deutschland) mit den angegebenen Mengen an Aktivkohle (bezogen auf das Bindemittel) versetzt, dieses Gemisch auf das Fasermaterial aufgebracht, im Faservlies verteilt und anschließend 5 min bei 190°C verpresst, so dass die Aushärtung des Bindemittels erfolgt. Das Bauteil wurde danach 5 h bei 80°C bzw. 100°C getempert und gaschromatographisch analysiert. Die angegebenen Werte stellen den Flächenmittelwert unter den Kurven aus 3 Messungen dar:
Aus der Tabelle geht hervor, dass bereits durch Zugabe von 5% Aktivkohle die Emission von zumindest Phenolen deutlich reduziert werden konnte. Diese Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass duroplastische Faserformteile, die nach herkömmlichen Verfahren hergestellt wurden, im Gebrauch auch unter extremen Bedingungen (heiße, feuchte Luft) nicht mehr geruchsbildende Stoffe freisetzen. Einbussen bei anderen Eigenschaften wie mechanischen, schallabsorptions- und brandtechnischen Eigenschaften konnten nicht verzeichnet werden.

Claims

Duroplastgebundene Faserformteile hergestellt aus Fasermaterial auf der Basis von Natur- und/oder Synthesefasern, das mittels eines duroplastischen Bindemittels gebunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Adsorbens an der Oberfläche und/oder im Inneren des Faserformteils während des Prozesses der Vor- und/oder Aushärtung des duroplastischen Bindemittels eingebettet worden ist.
Duroplastgebundene Faserformteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorbens in einer Konzentration von 1 bis 30 Gewichtsteile bezogen auf das duroplastische Bindemittel enthalten ist.
Duroplastgebundene Faserformteile nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorbens in einer Konzentration von 15 bis 20 Gewichtsteile bezogen auf das duroplastische Bindemittel enthalten ist.
Duroplastgebundene Faserformteile nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngröße der des Bindemittels angepasst ist.
Duroplastgebundene Faserformteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorbens Aktivkohle ist.
Duroplastgebundene Faserformteile nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel ein Bindemittel auf Basis von Phenolharz, Epoxidharz und/oder Epoxid-Polyesterharz-Gemische ist.
Verfahren zur Herstellung von duroplastgebundenen Faserformteilen nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorbens im Gemisch mit dem duroplastischen Bindemittel während der Herstellung des duroplastischen Faserformteils eingebettet wird.
Verfahren zur Herstellung von duroplastgebundenen Faserformteilen nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass diese im aerodynamischen Verfahren erzeugt werden.
Verfahren zur Herstellung von duroplastgebundenen Faserformteilen nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgebung im Heißpressverfahren erfolgt.