Die Erfindung betrifft ein Faserverbundmaterial auf der Basis von Naturfaservliesen, sowie ein Verfahren zu dessen kontinuier¬ licher Herstellung und Weiterverarbeitung zu mehrschichtig auf¬ gebauten Preßformteilen.

Die Anwendungsbereiche für Faserverbundmaterialien sowie daraus hergestellten Preßformteilen sind äußerst vielfältig. Derartige Materialien finden bspw. in der Automobilindustrie als Innenver- kleidungselemente jeglicher Art, wie z.B. Rohträger für Türver¬ kleidungen, Hutablagen, Säulenverkleidungen, Koffer- und Lade¬ raumabdeckungen usw. , oder in der Verpackungs- oder Bauindustrie Verwendung. Zum Werkstoff ereich derartiger Materialien zählen Elastomere, Holzfaserwerkstoffe, Textilfasem, Glasfaserträger und ver stärkte thermoplastische Kunststoffe, wobei bspw. für den ange¬ sprochenen Anwendungsbereich der Automobilindustrie folgende Werkstoffeigenschaften ausschlaggebend sind: Geräuschdämmung und Komfort, Erfüllung der Sicherheitsvorschriften, Verschlei߬ festigkeit, Unempfindlichkeit gegen Feuchtigkeit, rationelle Herstellbarkeit, geringes Gewicht, Demontage(Kundendienst-)Taug¬ lichkeit und Umweltverträglichkeit, um nur einige Beispiele zu nennen.

Aus der DE 32 39 732 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Zwischenprodukt aus im wesentlichen zwei verschiedenen Faser¬ typen, nämlich aus einer Cellulosegrundfaser und einer

thermoplastischen Trägerfaser hergestellt wird. Die Trägerfasern und die Grundfasern sind mechanisch vorverfestigt und werden von vornherein zusammen mit einem wärmehärtenden Bestandteil im trockenen Zustand in einer für diese Zwecke geeigneten Mischein¬ richtung vermischt. In dem fertigen Zwischenprodukt liegt der von Anfang an miteingemischte wärmehärtende Bestandteil in seinem ursprünglichen, nicht ausgehärtetem Zustand vor. Ent¬ scheidende Nachteile bei diesem Verfahren sind zum einen der hohe Energiebedarf beim Vortrocknen der Fasern, die zu einem Hauptteil aus Holzfasern bestehen, und die hohen Temperaturen zum Vorverfestigen der Matte mit thermoplastischen Fasern. Weiterhin kann hohe, unkontrolliert eindringende Luftfeuchtig¬ keit den Fertigungsprozeß erheblich stören.

Bei einem anderen bekannten Verfahren, das in der DE 28 30 320 beschrieben ist, werden Kokosmatten mit Flächengewichten von ca.

2 1000 g/m durch Kunstharze, vorwiegend aushärtbare Polyester¬ harze, benetzt. Auch in anderen bekannnten Verfahren, wie bspw. in der DE 31 50 906, DE 28 43 139 oder DE 28 17 271 beschrieben, sind Kunstharze als Faserbindungsmittel eingesetzt. Nachteilig bei diesen Verfahren ist vor allem die leichte Flüchtigkeit einiger Bestandteile der eingesetzten Copolymere, wie z.B. Monostyrol bei ungesättigten Polyesterharzen und Formaldehyd bei Phenol-Formaldehyd-Formulierungen. Hier sind besonders arbeits- physiologische und emulsionsmindernde Vorkehrungen erforderlich. Weiterhin sind zum Benetzen und Durchtränken der Fasermatten (bei Mattenstärken von ca. 10 mm) überschüssiges Tränkharz und Einwalken der Harzmischung unter klimatisierter Atmosphäre er¬ forderlich. Bei der Zwischenlagerung durch Aufrollen der ge¬ tränkten Matten entstehen durch Sedimentation des wasser¬ flüssigen Harzes in die unteren Schichten und ungleichmäßiges Verdunsten der leicht- flüchtigen Bestandteile der Copolymere an der Oberfläche erhebliche Dichteunterschiede in den Matten. Dies führt zu Materialfehlern beim Verpressen zu Formteilen sowie zu erheblichen Umweltbelastungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Faserverbundmaterial sowie ein Verfahren zu dessen kontinuier¬ licher Herstellung und Weiterverartbeitung zu schaffen, das es ermöglicht, die oben aufgeführten Nachteile zu vermeiden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Faserverbund¬ material auf der Basis von Naturfaservliesen gelöst, bei dem

2 die Naturfaservliese ein Flächengewicht von maximal 200 g/m besitzen. Dieses neuartige Faserverbundmaterial ist, wie im folgenden noch näher beschrieben, kostengünstig herzustellen und in kontinuierlichen Verfahren zu Formträgerteilen für z.B. Innenverkleidungsteile in der Automobilindustrie oder Trägerteile für die Verpackungs- und Bauindustrie weiterzuverar- beiten. Vorteilhaft gegenüber anderen bekannten Produkten er¬ weist sich das äußerst niedrige Flächengewicht der Naturfaser¬ vliese und die dadurch wesentlich vereinfachte Handhabung bei z.B. Lagerung und Transport. Darüber hinaus ist es auf Basis dieses neuen Ausgangsmaterials gelungen, optimierte Herstellungsverfahren für Faserverbundmaterialien und Weiterver¬ arbeitungsverfahren zu Preßformteilen zu entwickeln, die ver¬ besserte Eigenschaften im Hinblick auf Schalldämmung, Festig¬ keit, Bruchfestigkeit bei Temperaturen von - 20°C, Maßhaltig¬ keit, variable Außenflächenausbildung, geringere Wandstärken bei hoher Festigkeit, günstigere Recyclingquoten und höhere hydro- thermische Beständigkeiten als bei vergleichbar hergestellten Naturfaserverbundmaterialien, vor allem auf der Basis von Holz¬ fasern, zu erreichen. Durch die geringen Flächengewichte ist zusätzlich weniger Verdunstungsenergie zum Austreiben von Feuchtigkeit erforderlich.

Vorzugsweise besitzen die Naturfaservliese eine maximale Dicke von ca. 5 mm.

Zur Herstellung der Naturfaservliese sind bevorzugt Fasern mit

einem Faserdurchmesser von unter 10 μm und einer Fasergesamt— länge von mehr als 100 mm versponnen und ausschließlich mechanisch verfestigt.

Bevorzugt werden zur Herstellung der Naturfaservliese über¬ wiegend Flachsfasern verwendet. Besonders beachtenswert ist hierbei die neue Werkstoffbasis, die nicht nur vom ökologischen und ökonomischen Standpunkt weitreichende Zukunftsaspekte beinhaltet. Daneben besteht ein großes politisches Interesse, Projekte mit Naturfaserprodukten, die die nationale Landwirt¬ schaft unterstützen, zu fördern und zu forcieren. Selbstver¬ ständlich können für die erfindungsgemäßen Naturfaservliese auch andere Pflanzenfasern, wie Jute, Kokos, Stroh, Schilf, Sisal, Holzfasern oder dergleichen verwendet werden.

Alternativ zu den Naturfasern auf Pflanzenbasis bzw. in Kombina¬ tion mit diesen können erfindungsgemäß auch Fasern auf tierischer Basis eingesetzt werden, wie bspw. Schafwolle, tierische Haare aus Abfallprodukten usw..

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorge¬ sehen, die Naturfaservliese mit einem Bindemittel zu beauf¬ schlagen, um eine Verpreßfähigkeit zu Formteilen zu erreichen.

Ein mögliches Bindemittel in diesem Zusammenhang ist ein reaktives Kunstharz, wie bspw. ein Zweikomponenten-Polyurethan¬ harz, bevorzugt im Mischungsverhältnis Polyol/Isocyanat zwischen 100:160 und 100:200, oder ein aufschäumbares Epoxidharz, wobei bei Verwendungen derartiger Bindemittels bevorzugt ein Zusatz¬ stoff zugegeben wird, der eine effektive Entlüftung des Faser¬ verbundmaterials vor dem Verpressen bewirkt, wie weiter unten noch näher erläutert wird.

Die für die Benetzung der Naturf servliese verwendeten Reaktionsharze und Zuschlagstoffe sind dabei speziell auf die

besonderen Eigenschaften der Naturf servliese, wie einge¬ schlossene Zellfeuchtigkeit und Verhältnis Faserdicke zu Faser¬ länge, hin abgestimmt. Weiterhin ist das Reaktionsverhalten der Kunstharze besonders auf die Faseroberflächen und die Faser¬ dichte von Naturfasern hin optimiert. Diese genaue Abstimmung des Bindemittels auf die Naturfaservliese und das weiter unten noch näher beschriebene Auftragsverfahren bedingt außerdem ein umweitschonendes und hygienisch einwandfreies Arbeiten.

Eine andere Alternative für das Bindemittel, das zur Erzielung einer Verpreßfähigkeit der Naturfaservliese zu Formteilen erfor¬ derlich ist, ist ein thermoplastischer Kunststoff. Dieser schmilzt bei entsprechender Temperaturerhöhung und bildet auf diese Weise eine entsprechende Benetzung der Vliesoberflächen, wobei der Schmelz- und Erstarrungspunkt des thermoplastischen Bindemittels entsprechend auf die Erfordernisse des beabsichtig¬ ten Produktes und Verfahrens abgestimmt ist. Als thermo¬ plastischer Kunststoffe kommen neben Polypropylen, Polyethylen oder einer Blendformulierung dieser Verbindungen auch Verbindun¬ gen auf Pflanzenölbasis in Betracht, wobei das zugrundeliegende Pflanzenöl aus Euphorbia lathyris, Raps, High Olec-Sunflower oder anderen Rohstoffen mit hohem C18-Fettsäureanteil in an sich bekannter Weise gewonnen werden kann.

Eine weitere Alternative für ein erfindungsgemäß verwendbares Bindemittel, das insbesondere unter dem Gesichtspunkt der Schaffung einer neuen Werkstoffbasis auch für diese Produkt¬ komponente interessant ist, ist ein Zweikomponenten-System auf Pflanzenbasis, das als hauptsächliche Komponenten Lignin (ein Abfallprodukt bei der Papierherstellung aus Holz) und einen Weißfäulepilz umfaßt, der zur Reaktionsbildung mit Lignin be¬ fähigt ist, wobei dieses neuartige Bindemittelsystem bevorzugt zusätzlich eine aus Kartoffelschalen gewonnene Pulpe enthält, die zu einem feinen Pulver getrocknet dem Ligninharz zugemischt wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich durch den Zusatz anorganischer oder organischer Ver¬ stärkungsmaterialien auf der Basis von Glasfasern, Synthese¬ fasern und/oder Naturfasern auf pflanzlicher und/oder tierischer Basis, wie z.B. Jute, Kokos, Stroh, Schilf, Sisal, Holzfasern, Schafwolle, Haare usw., aus. Um ein effektives Materialrecycling in das erfindungsgemäße

Herstellungsverfahren, das weiter unten noch näher erläutert wird, zu integrieren, ist ein bevorzugtes Verstärkungsmaterial für das erfindungsge äße Faserverbundmaterial ein Rezyklat aus dem Faserverbundmaterial selbst.

Bevorzugt wird das Verstärkungsmaterial in vorgebundener Form als Faserträger, bspw. in Form von Garnen, Zwirnen, Filament- garnen, Spinnfäden usw. , oder als textiles Gewebe oder Faser¬ matte vorliegen.

Die Erfindung schlägt weiterhin vor, das vorgebundene Ver¬ stärkungsmaterial durch ein Bindemittel vorzuverfestigen.

Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines Faserverbundmaterials auf der Basis von Natur- faservliesen, bei dem die Naturf servliese mit einem

2 Flächengewicht von maximal 200 g/m hergestellt werden.

Dabei besitzen die Naturfaservliese bevorzugt eine maximale Dicke von ca. 5 mm und werden bevorzugt aus Fasern mit einem Faserdurchmesser von unter 10 μm und einer Fasergesamtlänge von mehr als 100 mm versponnen und aussschließlich mechanisch ver¬ festigt.

Bevorzugt werden für die Herstellung der Naturfaservliese (aus den obengenannten Gründen) überwiegend Flachsfasern verwendet.

Die Erfindung schlägt weiterhin vor, daß zur Herstellung der Naturfaservliese überwiegend Fasern auf tierischer Basis verwen¬ det werden.

Bevorzugt werden als Fasern auf tierischer Basis Schafwolle, tierische Haare aus Abfallprodukten oder dergleichen verwendet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Naturfaservliese vor der Weiterverar¬ beitung auf einen Restfeuchtegehalt von maximal 8 % vorgetrock¬ net.

Für die weiter unten beschriebene Weiterverarbeitung zu Pre߬ formteilen ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Naturfaservliese mit einem Bindemittel zu beaufschlagen, um eine Verpreßfähigkeit zu erreichen.

Wie bereits oben erläutert, kann als ein mögliches Bindemittel ein reaktives Kunstharz verwendet werden, wobei hierfür insbe¬ sondere Zweikomponenten-Polyurethanharze oder aufschäumbare Epoxidharze in Betracht kommen. Besonders bevorzugt ist ein Zweikomponenten-Polyurethanharz mit einem Mischungsverhältnis Polyol/Isocyanat zwischen 100:160 bis 100:200. Derartige thermische Kunstharze weisen keinerlei leichtflüchtige Bestand¬ teile auf, die während des Herstellungs- und Weiterverar¬ beitungsverfahrens emittiert werden könnten. Durch sofortige homogene Einbindung des Bindemittels in die Fasermatrix können die Sedimentationserscheinungen, die zu den oben erwähnten Dichteunterschieden führen, vermieden werden.

Bei Verwendung derartiger reaktiver Kunstharze ist es besonders vorteilhaft, wenn gleichzeitig mit oder nach dem Aufbringen des reaktiven Kunstharzes ein Zusatzstoff zugegeben wird, der eine effektive Entlüftung des Faserverbundmaterials vor dem Ver- pressen bewirkt, wie bspw. Blähglaskugeln mit einem Durchmesser

von 2 bis 4 mm. Die unter Mitverwendung von derartigen Zusatz¬ stoffen und anorganischen oder organischen Verstärkungs¬ materialien hergestellten Faserverbundmaterialien können unter Temperatureinwirkung von ca. 90 bis 110°C und Druck bleibend zu dreidimensionalen Formteilen verformt und verfestigt werden. Dabei sind derartige Preßformteile, wie weiter unten noch näher erläutert, bevorzugt mehrlagig aufgebaut, wobei die hierfür verwendeten Vliese in einer Imprägnierstufe bspw. bei Raum¬ temperatur mit dem reaktiven Kunstharz benetzt und in einer weiteren Verarbeitungsstufe mit den Zusatzstoffen belegt werden. Die bereits oben näher beschriebene Abstimmung von Bindemittel und Zusatzstoff auf das Naturfaservlies und das Auftragsver¬ fahren bedingt an umweltschonendes und hygienisch einwandfreies Arbeiten.

Ein alternatives Bindemittel zum reaktiven Kunstharz ist ein thermoplastischer Kunststoff, der im Einschmelzverfahren in die Naturfaservliese eingebracht wird. Als thermoplastische Kunst¬ stoffe kommen neben Polypropylen, Polyethylen oder einer Blend¬ formulierung dieser Verbindungen auch Verbindungen auf Pflanzen¬ ölbasis in Betracht, bspw. Verbindungen, bei denen das Grund¬ material Pflanzenöl aus Euphorbia Lathyris, Raps, High Olec- Sunflower oder einem anderen Rohstoff mit hohem C18-Fettsäure- anteil gewonnen wird.

Hinsichtlich der Verarbeitung des thermoplastischen Kunststoffes besteht ein Unterschied zur Verarbeitung der vorstehend be¬ schriebenen reaktiven Kunstharze darin, daß das Naturfaservlies üblicherweise auf die Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffes vorgeheizt wird, wodurch ein Einschmelzen in das Naturfaservlies erfolgt. Die fakultativen Zusatzstoffe zur Ver¬ stärkung werden dann bevorzugt in nachgeschalteten Verfahrens¬ schritten aufgebracht. Im Hinblick auf die Weiterverarbeitung zu mehrlagigen Preßformteilen ändert sich gegenüber der Verwendung von reaktivem Kunstharz als Bindemittel allerdings nichts.

Ein weiteres mögliches Bindemittel ist, wie bereits weiter oben beschrieben, ein Zweikomponenten-System auf Pflanzenbasis, das als hauptsächliche Komponenten Lignin und einen Weißfäulepilz umfaßt, der zur Reaktionsbildung mit Lignin befähigt ist, wobei diesem neuartigen Bindemittelsystem bevorzugt vor Aufbringen auf das Naturfaservlies zusätzlich eine aus Kartoffelschalen ge¬ wonnene Pulpe zugesetzt wird.

Bevorzugt kann dabei der Energieaufwand für die Durchführung des Verfahrens durch sofortige thermische Verwertung der Reststoffe und integrierte Energierückgewinnung auf niedrigem Niveau ge¬ halten werden.

Dabei können die Naturfaservliese durch Zugabe von anorganischen oder organischen Verstärkungsmaterialien auf der Basis von Glas¬ fasern, Synthesefasern und/oder Naturfasern auf pflanzlicher und/oder tierischer Basis verstärkt werden. Bevorzugt kann als Verstärkungsmaterial ein Rezyklat aus dem Faserverbundmaterial selbst verwendet werden. Das Verstärkungsmaterial kann in vorge¬ bundener Form als Faserträger, bspw. in Form von Garnen, Zwirnen, Filamentgarnen, Spinnfäden usw. , oder als textiles Gewebe oder Fasermatte verwendet und das vorgebundene Verstärkungsmaterial ggf. durch ein Bindemittel vorverfestigt werden.

Schließlich betrifft die Erfindung noch ein Verfahren zur konti¬ nuierlichen Herstellung von mehrschichtig aufgebauten Preßform¬ teilen auf der Basis von mit Bindemittel beaufschlagten Faser¬ verbundmaterialien, wie sie weiter oben beschrieben sind, das sich dadurch auszeichnet, daß die mit Bindemitteln beauf¬ schlagten und ggf. mit Zusatzstoffen zur Verstärkung und/oder Entlüftung versehenen und ggf. vorverdichteten Naturfaservliesbahnen vorkonfektioniert werden, wobei sich der Zuschnitt nach den Abmessungen des herzustellenden Preßformteils

richtet.

Dabei werden die Naturfaservliesbahn-Zuschnitte zu 3 bis 6 Lagen so aufeinandergelegt, daß auf eine mit Bindemittel beaufschlagte Oberfläche eine unbeaufschlagte Oberfläche folgt.

Vorzugsweise werden die mehrlagigen Naturfasermatten ganzflächig über eine Walzenstrecke oder Plattenverdichtung auf ca. 50 % der Materialendstärke vorverdichtet und abschließend mit einem Pre߬ werkzeug unter Anwendung von auf das jeweilige Bindemittel abge¬ stellter erhöhter Temperatur und Druck bleibend zu Preßform¬ teilen verformt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, die anhand der beiliegenden schematischen Zeich¬ nung näher erläutert sind. Dabei zeigt:

Fig. 1 die schematische Darstellung der

Positionierung des Fasersubstrates und die Rollenabzugsvor¬ richtung sowie die kontinuierliche Vortrocknung des Fasersub¬ strates mit DurchströmungsVorrichtung und Transportrichtung;

Fig. 2 die schematische Darstellung des Reaktions- harzmischkopfes mit Angabe der Richtungsän¬ derung und Fasersubstrat-Transportvor¬ richtung, sowie alternativ in gestrichelter Darstellung daneben eine Anordnung für das Aufbringen thermoplastischer Kunststoffe in dieser Stufe;

Fig. 3 die schematische Darstellung der Schneidvor¬ richtung für zusätzliche Verstärkungsfasern und der Auftragsvorrichtung zum Aufbringen von Hilfsstoffen sowie die Fasersubstrat-Trans-

Portvorrichtung und eine schematische Darstellung der Materialvorverdichtung;

Fig. 4 die schematische Darstellung einer Trennvor¬ richtung mit Angabe der Freiheitsgrade des Schneidkopfes und Entsorgungseinrichtung des Trennmediums sowie Transportvorrichtung der Faserzuschnitte und die schematische Darstellung für das Aufschichten einzelner flächiger Faserzuschnitte sowie die Positionierung einzelner Schichtlagen;

Fig. 5 die schematische Darstellung einer Nachver¬ dichtungsvorrichtung mit Angabe der Vorschub¬ richtung; und

Fig. 6 die schematische Darstellung einer Vorrich¬ tung zum automatischen Einlegen von Flächenhalbzeugzuschnitten einer nachge¬ schalteten Preßform mit Angabe der Bewegungs¬ richtungen und die schematische Darstellung der Preßform selbst.

Die einzelnen Figuren - in der Reihenfolge ihrer Numerierung hintereinander betrachtet - stellen den erfindungsgemäßen Ablauf für die kontinuierliche Herstellung mehrlagiger Halbzeug-Faser¬ matten sowie deren Weiterverarbeitung zu Preßformteilen dar.

Dieser Verfahrensablauf beginnt, wie in Fig. 1 dargestellt, mit der Positionierung der Naturfaservliese 1 (z.B. aus Flachs) mit

2 einem Flächengewicht von ca. 150 g/m , die ausschließlich mechanisch ohne Zusatzbinder verfestigt sind und eine Dicke von ca. 4 mm aufweisen. Durch das günstige Verhältnis von Faser¬ durchmesser (weniger als 10 μm) zu Fasergesamtlänge (mehr als 100 mm) werden beim Verspinnen eine Vielzahl von Verknüpfungs-

punkten und Verknotungspunkten erreicht, wodurch eine sehr gute mechanische Festigkeit erhalten werden kann. Da die Zugfestig¬ keit ausreichend ist, sind keinerlei zusätzliche synthetische oder andere Verstärungsfasern bzw. sonstige Hilfsmittel für den Vliestransport in der Transportvorrichtung 3 erforderlich.

In der rechten Hälfte von Fig. 1 ist schematisch die Vorbe¬ reitung des von der Vorratsrolle abgerollten Naturfaservlieses 1 dargestellt. Naturfasern, wie Flachs, Jute oder dergleichen, nehmen aufgrund ihrer zellularen Struktur naturbedingt, d.h. durch Saug- und Kapillareffekte, vollflächig auf breiter Front und in Dickenrichtung der Faserschichtung Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft auf. Die Größenordnung der Feuchtigkeitsaufnahme schwankt je nach Faserart und Faservlieεzusammensetzung zwischen 10 und 20 Vol.-%. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, daß das Faservlies 1 mit dem geringen Flächengewicht, also auch einer geringen Schichtungsdichte und feiner Faserver¬ teilung, eine größere Oberfläche als bei gröberen, dichter auf¬ geschichteten Faservliesen bildet. Das Faservlies kann somit über ein Gittertransportband 3 kontinuierlich und mit hoher Transportgeschwindigkeit der Vortrocknungsstrecke 2 zugeführt werden.

Die Vortrocknung erfolgt durch turbulent erzeugte und vorge¬ trocknete Heizluft (Temperatur ca. 80 bis 100°C) , wobei die Strömungsrichtung so gewählt ist, daß der Heizluftstrom senk¬ recht zur Faservliesoberfläche ausgerichtet ist und die Transportrichtung des Faservlieses 1 kreuzt, wodurch ein Durch¬ strömen des Faservlieses von oben nach unten erzwungen wird. Die feuchtigkeitsbeladene Luft unterhalb des Faservlieses 1 wird kontinuierlich abgezogen und zur Aufbereitung der Vorreaktion (Angelierung) mit dem Reaktionsharz weitergeleitet.

Von außen wird ständig frisch vorgetrocknete Luft in die Vor¬ trocknungsstrecke 2 nachgeführt. Luftführung und Ablauf der

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Vortrocknung gewährleisten eine genau abgestimmte Steuerung des Restfeuchtegehaltes im Faservlies 1, der erfindungsgemäß nicht mehr als 8 % beträgt.

In Fig. 2 sind alternativ nebeneinander die Verarbeitungs¬ schritte bei Verwendung eines reaktiven Kunstharzes bzw. eines thermoplastischen Kunststoffes dargestellt, wobei die wesent¬ lichen Elemente für die Verarbeitung des thermoplastischen Kunststoffes gestrichelt rechts neben der eigentlichen Zeichnung gezeigt sind.

In dieser Fertigungsphase wird das vorgetrocknete Faservlies la mit einem Zweikomponenten-Reaktionsharz besprüht bzw. ein auf¬ geschmolzener thermoplastischer Kunststoff in das Faservlies la eingebracht. In Fig. 3 ist schematisch der Spritzkopf 5 mit den Leitungsanschlüssen A und B für das Zweikomponenten-Reaktions¬ harz dargestellt, das bevorzugt ein Polyurethanharz mit einem Polyol/Isocyanat-Mischverhältnis von 100:160 bis 100:200 ist. Der Spritzkopf 5 wird durch traversierende Bewegungen in Quer¬ richtung zur Faservliestransportvorrichtung 3 geführt.

Das oben beschriebene Polyurethanharz-Bindemittel mit neuent¬ wickelter Polyesterpolyolmischung weist durch die Polarität seiner Estergruppen eine hohe spezifische Adhäsion an der Faservliesoberfläche und den fakultativ einbringbaren Verstär¬ kungsfasern 9a (s. Fig. 3) als auch auf weiteren Hilfsstoffen auf. Die erfindungsgemäße Richtrezeptur für ein mittelschnelles Reaktionssystem ist derart, daß eine Angelierung der Binde¬ mitteloberfläche nach Austreten des Reaktionsgemisches aus der Mischkammer 5 in etwa 1,5 Minuten stattfindet. Der Zeitpunkt des Angelierens und die damit verbundene Erhöhung der Viskosität des Bindemittels ist abgestimmt auf den Fertigungsablauf, da ein homogenes Einziehen des Bindemittels in das Faservlies 1 und eine Umhüllung der Verstärkungsfasern und/oder Hilfsstoffe Vor¬ aussetzung für einen homogenen Schichtverbund ist. Die

Variierung der Austrittsgeschwindigkeit (durch den Druck in der Mischkammer 4) beeinflußt die Intensität der Benetzung einzelner Fasern.

Dem oben angesprochenen Restfeuchtegehalt des Faservlieses 1 kommt in dieser Phase der Verfahrens entscheidende Bedeutung zu, da endständige Isocyanatgruppen sofort mit der Feuchte vorreagieren und das Bindemittel zum Schäumen bringen. Während des Schäumvorganges steigt die Viskosität des Bindemittels durch irreversible Vernetzung soweit an, daß bei Überschreiten des Zeitpunktes der Fließfähigkeit keine Fasereinbindung und Haftung der Deckschicht mehr erreicht werden kann. Der Schäumvorgang ist wichtiger Bestandteil des Benetzungsvorganges, hierdurch wird das Eindringen des Bindemittels in die Faserschichten begünstigt. Allerdings kann durch zu hohe Umgebungstemperaturen und Faserfeuchtigkeit die Vorreaktion außer Kontrolle geraten, was eine zu frühe Abbindung zur Folge hätte und keinen homogenen Verbund der Faserschichten zuließe.

Zum Mischen und Auftragen der erfindungsgemäß exakt und schnell reagierenden Zweikomponenten-Bindemittelmischung, kommen zur Erzielung ausreichender Dosiergenauigkeit vornehmlich Hochdruck- Maschinensysteme mit Kolbenpumpen (Dosierbereich ca. 6 g/s bis 12 g/s) in Betracht. Die traversierende Bewegung des Spritzkopfes 5 quer zur Faservliesrichtung ist der Taktzeit des Verpreßvorganges angepaßt. Gleiche Fertigungsparameter werden auch bei expandierenden Epoxidharzsystemen verwendet, die ebenfalls erfidungsgemäß eingesetzt werden können.

Bei Verwendung von thermoplastischen Kunststoffen als Binde¬ mittel müssen diese in Abwandlung der eben beschriebenen Verfahrensschritte über (ggf. beheizbare) Walzen 6, 7 und 8 eingewalkt werden. Zusätzlich wird hierzu das Faservlies 1 möglichst exakt auf die Schmelztemperatur des Kunststoffes ge¬ bracht, um eine homogene Benetzung zum Zeitpunkt des Binde-

mittelauftrags zu erreichen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht in dieser Stufe die kontinuierliche Herstellung eines homogenen Naturfaserverbund¬ werkstoffes. Durchschäumen und Angelieren des reaktiven Kunst¬ harzes oder Abkühlen der Kunststoffschmelze bewirken, das Schrumpfkräfte frei werden, die die einzelnen Faserstränge zu einem Profil mit homogener Faserverteilung, aber unterschiedlichen Matrixwerkstoffen verbinden. Die entstehenden Schrumpfkräfte verstrecken oder orientieren die organische Faser vor und erzeugen damit einen partiellen Bindemittelüberschuß an der Faseroberfläche. Dieser Überschuß wird bei dem späteren Zusammenbringen der einzelnen Faserschichten zur vollständigen Imprägnierung benötigt. Darüber hinaus kann über das Auftragsverfahren des Bindemittels, die Menge und geometrische Orientierung der Fasern die weitere Imprägnierung zusätzlicher Fasern, wie z.B. der Glasfasern 9a, optimiert werden. Der Durchdringungsgrad bzw. die Durchdringungstiefe ist ebenfalls einstellbar.

Fig. 3 zeigt in ihrer rechten Hälfte schematisch das Aufbringen eines Verstärkungsmaterials, im konkreten Fall in einem Schneidwerkzeug (Cutter) 9 gebrochene Glasrovingstränge (Glasfasern) mit einer Faserlänge von bspw. 50 bis 70 mm. Die Fasern fallen in freiem Fall auf die mit Bindemittel benetzte Naturfaservliesoberfläche in feεtigkeitsoptimierte Lagen. Statt durch Glasroving 9a können die Verstärkungslagen auch durch andere organische und anorganische Fasern gebildet werden. Alternativ sind Verstärkungsfasern in vorgebundener Form als Faserträger, wie bspw. in Form von Garnen, Zwirnen, Filamentgarnen, Spinnfäden usw. , sowie textile Gewebe und Fasermatten verwendbar.

Bei Verwendung eines Cutters 9 ist eine genaue Anpassung der Umdrehungsgeschwindigkeit von dessen Schneidwalzen zur Trans-

portgeschwindigkeit des Trägerfaservlieses la erforderlich. Die optimale Verteilung und Anzahl der sich überkreuzenden Verstärkungsfaser 9a wird bestimmt durch die Relativbewegung der fallenden Fasern im freien Fall, zur Längsorientierung der Faservliesgeschwindigkeit. Im Zeitpunkt des Aufliegens der Verstärkungsfasern 9a auf der Faservliesoberfläche la werden durch Bindemittelüberschuß die Verstärkungsfasern und evtl. weitere Zusatzstoffe Bg homogen umschlossen. Bei Verarbeitung von Verstärkungsmatten oder -geweben wird durch zusätzliches Einwalken über einen Walzenstuhl 11 die Verstärkungsmatrix im Flächenkontakt mit der bindemittelbenetzten Faservliesoberfläche verbunden.

Die etwa gleichzeitig mit den Verstärkungsfasern 9a aufge¬ brachten Zuatzstoffe Bg können bspw. Blähglaskugeln sein, die über den Trichter 10 zudosiert werden. Diese Blähglaskugeln finden insbesondere Verwendung bei Polyurethan-Reaktionsharzen zur Entlüftung und Verhinderung von Lufteinschlüssen, die im letztendlich herzustellenden Laminat (s. Fig. 5) zu Delaminierungserscheinungen im System Verstär- kungsmatrix/Bindemittelmatrix bis hin zur vollständigen Ablösung der einzelnen Faserschichten führen. Weiterhin kann eingeschlossene Feuchtigkeit bei späterer Druckeinwirkung und erhöhter Temperatur hohe Dampfdrücke erzeugen, die später beim Formpressen zum Zeitpunkt des Werkzeugöffnens einzelne Faserschichten aufplatzen lassen.

Das erfindungsgemäß vorgesehene gezielte Aufbringen von Zu¬ satzstoffen Bg und die genaue Positionierung auf der Faser- vliesoberfl che lb ist von entscheidener Bedeutung. Dies wird dadurch gelöst, daß über die gesamte Faservliesoberfläche la mittels einer Sammelrinne 10 und eines oszillierenden Lochbleches 10a (Lochgröße und -anzahl sind auf dem Zusatzstoff Bg abgestimmt) diese Zusatzstoffe gleichmäßig in die Bindemittel- und Verstärkungsfasermatrix eingearbeitet werden.

Im Anschluß hieran erfolgt eine Vorverdichtung über einen Walzenstuhl 11, um eine ausreichende Homogenität zu erzielen. In diesem Verfahrensschritt wird bei Verwendung von expan¬ dierenden reaktiven Kunstharzen, wie dem beschriebenen Zwei¬ komponenten-Polyurethanharz oder einem expandierenden Epoxid¬ harz, ein definierter Gegendruck erzeugt, so daß die Expan¬ sionsrichtung des Bindemittels zur Faservliesstruktur und Verstärkungsmatrix hin orientiert wird. Damit ist der Zeitpunkt der Zuführung des Faservlieses 1b zum Walzenpaar 11 ausschlaggebend, da bei nicht genügend hoher Viskosität des Bindemittels (Topfzeit, Zeitpunkt des Angelierens) eine Ver¬ bindung des Verstärkungsmaterials 9a und der Zusatzstoffe Bg mit der Walzenoberfläche 11 eingegangen werden kann. Auch eine zusätzliche Beschichtung der Walzenoberflächen 11 würde keine Abhilfe schaffen, da die Adhäsionskräfte des Bindemittels zu Metallen und Kunststoffen sehr hoch sind. Eine zu hohe Viskosität, d.h. evtl. Austrocknung der Bindemitteloberfläche 1b, ist gleichfalls nicht erwünscht, weil dann die Verklebung der einzelnen Schichten (s. Fig. 4) nicht mehr gegeben ist. Die Vorschubgeschwindigkeit des Transportbandes 3 ist daher auf die Umdrehungsgeschwindigkeit des Walzenpaares 11 abgestimmt, wobei die untere Walze 11a nicht separat angetrieben wird, sondern starr gelagert ist.

In Fig. 4 ist schematisch die Herstellung von Zuschnitten aus dem erfindungsgemäßen Faserverbundmaterial und deren Weiter¬ verarbeitung dargestellt. In dieser Phase wird das konti¬ nuierlich beschichtete Faservlies lb' in die Zuschnitte x, y getrennt, vorgegeben durch die jeweilige Formgebung des Roh¬ trägerteils. In Transportrichtung wird daher exakt die Breite des Faservliesabschnittes erhalten. Als praktikable Trennvor¬ richtung hat sich ein Wasserstrahlschneidsystem 12 erwiesen. Vorteilhaft ist, daß bei reaktiven Polyurethansystemen die Schnittkanten durch Ausreagieren des Bindemittels mit der

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Feuchtigkeit sofort versiegelt werden, weiterhin können sich hierdurch bedingt auch keine losen Verstärkungs- und Vliesfasern 9a bzw. 1 an den Vliesrändern ablösen und damit zu Materialfehlern führen.

Der Vorschnitt an Rohmaterial kann bei diesem Trennverfahren auf das geringste Maß eingestellt werden. Die Schnittkanten sind einwandfrei glatt und sauber ohne Staubrückstände. Beim Schneidvorgang anfallendes Abwasser wird über eine Auffangrinne 13 gesammelt, gereinigt bzw. filtriert und dem Kreislauf wieder zugeführt. Der Schneidvorgang ist gekoppelt mit der Vorwärtsbewegung und -geschwindigkeit des Transportbandes 3, d.h. die Führung des Schneidstrahlkopfes 12 verfügt über 4 Freiheitsgrade.

In der daran anschließenden Verfahrensphase der Vorkon- fektionierung werden die vorgeschichteten und geschnittenen Faservlieslagen x, y zu mehrlagigen, z.b. drei- bis fünflagigen Faserverbundmatten gefertigt. In Fig. 4 ist dabei schematisch eine Stapelvorrichtung 14 dargestellt, die kontinuierlich angelieferte Faservliesabschnitte x, y exakt zu mehreren Schichten aufstapelt. Dieser Fertigungsschritt wird derart durchgeführt, daß auf eine in der Höhe variierbaren Scherentisch die Faservliesabschnitte x, y aufeinandergelegt und bei Erreichen der gewünschten Lagenanzahl durch einen von oben aufgedrückten Preßstempel 15 kurzzeitig aneinandergepreßt werden. Ein Rollentransportband 3 fördert die Halbzeugmatten zur anschließenden Verfahrensstufe. Preßdruck und Verweildauer sind abhängig von der gewünschten Material-Endstärke des fertigverpreßten Rohträgerteils (Beispiel: Rohträgerendstärke ca. 2 mm erfordert einen Preßvordruck von ca. 50 bar und eine Verweildauer von 2 s). Auf hier ist der Takt dem gesamten Fertigungsrhythmus anzupassen.

Anpreßdruck und Verweildauer sind wichtige Faktoren für die

homogene Verbindung der einzelnen Schichten x, y untereinander, da - eine genaue Positionierung der Lagen vorausegestzt - die Materialeigenschaften in erheblichem Maße von der einwandfreien Durchdringung und der Verbindung der jeweiligen Materialkomponenten untereinander abhängen. Unregelmäßigkeiten können zu gravierenden Materialfehlern bzw. Fehlstellen im Rohträgerfertigteil führen.

Fig. 5 zeigt schematisch die Nachverdichtung der aufge¬ schichteten Faservliesabschnitte x, y zu einer Halbzeugmatte 17. Die bereits, wie eben beschrieben, vorgepreßten überein¬ ander gestapelten Vliesabschnitte x, y werden in diesem Verar¬ beitungsschritt auf das Halbzeug-Endmaß verdichtet. Diese Nachverdichtung erfolgt über ein Walzenpaar 16, die das ent¬ sprechend zum Vorverdichtungs-Walzenpaar 11 gemäß Fig. 3 ausgebildet sind. Hervorzuheben ist, daß nunmehr das Erreichen von 50 % der Materialendstärke des Fertigteils angestrebt wird, da sonst die homogene Verklebung der jeweiligen Einzelfaserschichten nicht optimal erreicht wird. Durch kontinuierliche Fertigungsweise ergibt sich ein reibungsloser wirtschaftlicher und umweltschonender Produktionsprozeß, der in verschiedene schon existierende Preßmassen-Ver¬ arbeitungsverfahren problemlos integriert werden kann. Durch dieses neue Verfahren zur Herstellung von Faserverbund¬ materialien auf der Basis von Naturfaservliesen kann eine weitgehende Automatisierung zur Produktion von Verkleidungs¬ trägern und Dämmstoffen konzipiert werden.

Fig. 6 zeigt schließlich noch das Entnehmen und Einlegen sowie Verpressen der Halbzeugmatten 17, wobei schematisch die automatische Zuführung der Halbzeugmatte 17 über Ansaugsysteme 18 oder eine Greifermechanik zur Preßform 19 dargestellt ist. Alternativ dazu ist es möglich, weitere logistisch optimierte VorverteilungsSysteme dazwischenzuschalten, um ggf. mehrere Pressen gleichzeitig bestücken zu können.

Die in der vorstehenden Beschreibung sowie in den Ansprüchen und der beiliegenden Zeichnung offenbarten Merkmale der Er¬ findung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Aus¬ führungsformen wesentlich sein.

Bezugszeichenliste

1 Naturfaservlies la benetztes Naturfaservlies lb benetztes und mit Verstärkungsfasern unf Zusatz¬ stoffen versehenes Naturfaservlies lb' vorverdichtetes Naturfaservlies lb

2 Vortrocknungsstrecke

3 Transportvorrichtung

4 Mischkammer

5 Spritzkopf

6 Walze

7 Walze

8 Walze

9 Schneidwerkzeug 9a Glasrovingstränge

10 Sammelrinne 10a Lochblech

11 Walze 11a Walze

12 Wasserstrahlschneidsystem

13 Auffangrinne

14 Scherentisch

15 Preßstempel

16 Walze 16a Walze

17 Halbzeugmatte

18 Ansaugsystem

19 Preßform x, y Faservlieszuschnitte

Bg Zusatzstoffe, z.B. Blähglaskugeln