Hüffer, Stephan (Luitpoldstr. 19, Ludwigshafen, 67063, DE)
Igl, Georg (Bachstr. 5, Weissach, 71554, DE)
Bartl, Jürgen (Sonnenstr. 2, Ludwigshafen, 67063, DE)
Taeger, Tilman Lüdecke (Breslauer Str. 35, Seeheim-Jugenheim, 64342, DE)
Klenz, Rainer (Im Wachtelschlag 34, Hassloch, 67454, DE)
Ginss, Christophe (13 rue Principale, Wolxheim, Wolxheim, F-67120, FR)
Guenther, Erhard (Peter-Gärtner-Str. 8, Hassloch, 67454, DE)
Liese, Michaela (Saarlandstrasse 124, Ludwigshafen, 67061, DE)
Rösch, Joachim (Friesenstr. 16, Ludwigshafen, 67063, DE)
Hüffer, Stephan (Luitpoldstr. 19, Ludwigshafen, 67063, DE)
Igl, Georg (Bachstr. 5, Weissach, 71554, DE)
Bartl, Jürgen (Sonnenstr. 2, Ludwigshafen, 67063, DE)
Taeger, Tilman Lüdecke (Breslauer Str. 35, Seeheim-Jugenheim, 64342, DE)
Klenz, Rainer (Im Wachtelschlag 34, Hassloch, 67454, DE)
Ginss, Christophe (13 rue Principale, Wolxheim, Wolxheim, F-67120, FR)
Guenther, Erhard (Peter-Gärtner-Str. 8, Hassloch, 67454, DE)
Liese, Michaela (Saarlandstrasse 124, Ludwigshafen, 67061, DE)
| 1. | Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Verbundkor pers, welcher eine Schicht aus Leder umfasst, eine ab schnittsweise mit der Schicht aus Leder verbundene Schicht einer aus einem Polymeren gebildeten Hartkomponente, sowie einer zwischen Lederund Hartkomponente angeordneten Schicht aus einer Weichkomponente, dadurch gekennzeichnet, da6 das Leder an einer Formflache eines Werkzeugs angelegt wird, auf dem Leder die Weichkomponente positioniert wird und das als Hartkomponente wirkende Polymere bei einem Druck von minde stens 50 bar, vorzugsweise mehr als 100 bar, insbesondere mehr als 180 bar, und einer Temperatur von mehr als 100°C, vorzugsweise 180 bis 280°C, insbesondere 200 bis 250°C auf die Schicht aus Leder und die Schicht der Weichkomponente aufge formt wird, in der Weise, daS das Leder und die Hartkompo nente zumindest abschnittsweise miteinander verbunden werden, wobei wahrend des Aufformens der Hartkomponente die Formfla che des Werkzeugs temperiert wird. |
| 2. | Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da6 die am Leder anliegende Formfläche des Werkzeugs auf eine Temperatur von 10 bis 80°C, vorzugsweise 20 bis 60°C temperiert wird. |
| 3. | Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Weichkomponente ein Polymerschaum ist. |
| 4. | Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daS der Polymerschaum aus einem weitmaschig vernetzten Polymeren ge bildet ist, vorzugsweise einem thermoplastischen Elastomeren, insbesondere von Polyurethanelastomeren. |
| 5. | Verfahren nach einem der Anspruche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das Leder einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 20 Gew.% aufweist. |
| 6. | Verfahren nach einem der Anspruche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daB das Polymere der Hartkomponente ausgewählt ist aus der Gruppe, die gebildet wird aus Polypropylen, Polyethy len, Polyvinylchlorid, Polyethersulfonen, Polysulfonen, Poly etherketonen, Polycycloolefinen, Poly (meth) acrylaten, Poly amiden, Polycarbonaten, Polyphenylenethern, Polyurethanen, Polyacetalen, Polybutylenterephtahalaten, Polystyrol, Sty rol (co) polymerisaten und deren Mischungen. Zeichn. |
| 7. | Verfahren nach einem der Anspruche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daB das Verbinden von Hartkomponente und Leder durch Spritzgiessen erfolgt. |
| 8. | Verfahren nach einem der Anspruche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daB die Hartkomponente in einem Extruder auf eine Temperatur von wenigstens 150°C erhitzt und extrudiert wird, der extrudierten Hartkomponente das Leder und die Weichkompo nente über temperierte Kalanderoder Pragewalzen zugefuhrt wird, und die Schicht aus Leder, die Schicht der Weichkompo nente und die Schicht der Hartkomponente unter Druck mitein ander verbunden werden. |
| 9. | Mehrschichtiger Verbundkörper, mit einer Schicht aus Leder, einer Schicht aus einer Hartkomponente und einer zwischen der Schicht aus Leder und der Schicht der Hartkomponente angeord neten Schicht einer Weichkomponente, wobei Leder und Hartkom ponente abschnittsweise klebstoffrei miteinander verbunden sind, insbesondere das Leder in den Abschnitten von der Hart komponente zumindest teilweise durchdrungen ist. |
| 10. | Mehrschichtiger Verbundkörper nach Anspruch 9, dadurch ge kennzeichnet, daB die Eindringtiefe des die Hartkomponente bildenden Polymeren in das Leder 5 bis 40%, vorzugsweise 10 bis 30%, der Dicke der Lederschicht betragt. |
Ferner betrifft die Erfindung einen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltlichen mehrschichtigen Verbundkörper.
Bei Fahrzeugen der gehobenen Preiskategorie ist es zur Erzeugung eines exklusiven Eindrucks ublich, den Innenraum des Fahrzeugs mit Leder auszukleiden. Dazu werden bereits vorgeformte Formteile wie Turinnenverkleidungen, Armaturenbretter, Mittelkonsolen, Blenden oder Griffe mit entsprechend zugeschnittenen und gegebe- nenfalls vorgeformten Lederstrukturen beklebt. Insbesondere im Fall von nicht-planen Oberflachen muB das Leder in einem separa- ten Arbeitsgang entweder in Form genäht oder getrennt tief gezo- gen werden. Eine solche Kaschierung von Formteilen ist nur schwer automatisierbar und wegen des hohen Anteils an Handarbeit sehr teuer. Die bisher üblichen Verkleidungsverfahren fuhren auch nur zu unbefriedigenden Ergebnissen. So müssen Emissionen von Lose- mitteln und Restmonomeren aus den Klebstoffsystemen in Kauf ge- nommen werden. Insbesondere in Automobilen sind die Verkleidungen sehr extremen Temperatur-oder Feuchtigkeits-schwankungen ausge- setzt, so daB es durch Schwunderscheinungen zu Verwerfungen der Lederverkleidung kommen kann. Ferner eignet sich fur das bislang übliche Verkleidungsverfahren lediglich ausgewahltes Narbenleder erster Qualitat.
Weitere Bereiche, in denen eine Kaschierung von Formteilen zur Anwendung gelangt, sind beispielsweise Koffer oder auch Mobel. So werden zum Beispiel aus Hartplastik gefertigte Lehnen und Sitz- flachen von Stühlen mit Leder kaschiert.
Meist ist neben dem optischen Eindruck der lederkaschierten Form- teile auch der Eindruck wichtig, der beim Betasten entsteht. Die Oberflache soll sich angenehm anfühlen, also einen"soft touch" aufweisen. Insbesondere fur Sitzflächen oder Lehnen soll eine ausreichende Nachgiebigkeit erreicht werden um auch über einen langeren Zeitraum ein bequemes Sitzen zu ermöglichen.
Bisher wurde das Leder zu diesem Zweck in einem getrennten Ar- beitsschritt zunachst mit einer Schaumschicht beklebt. Der so er- haltene Verbund wurde anschließend durch Kleben mit dem Unter- grund, zum Beispiel einem Formstück aus Hartplastik, verbunden.
Bei beiden Arbeitsvorgangen werden lösemittelbasierte Klebstoff- systeme, Dispersionskleber oder Zweikomponenten-Reaktivharzsy- steme verwendet, so daB unvermeidlich Emissionen von Losungsmit- tels und Restmonomeren in Kauf genommen werden mussen.
In der DE-OS 214 437 1 wird ein Verfahren zur Pragekaschierung von Leder in einem HF-Feld beschrieben. Dabei wird die dauerhafte Verbindung einer Leder-bzw. Trägerschicht mit PVC-oder PUR- Schichten unter Mitverwendung eines durch Warme reaktivierbaren, gegebenenfalls treibmittelhaltigen Klebstoffes in einer Hochfre- quenz-Presse unter gleichzeitiger Prägung im selben Arbeitsgang erzeugt.
In der DE 197 520 58 wird ein Verfahren zum Hinterschaumen von eine Kappnaht aufweisenden bederformstücken beschrieben. Dabei wird ein Lederformstück mit seiner Vorderseite auf die Formhalfte eines geeigneten Werkzeuges aufgelegt und danach in diesem auf die Rückseite des Lederformstuckes das Kunststoff-Material unter zumindest geringfügiger Druckentwicklung aufgebracht. Erfindungs- gemäß wird der im Bereich der Kappnaht zwischen dem oben liegen- den Lederteilstück und dem unten liegenden Lederstück anzutref- fende stufenartige Höhenunterschied durch ein zwischen die Leder- vorderseite und die Werkzeug-Formhalfte eingelegtes Ubergangs- stuck ausgeglichen. Über die Verfahrensbedingungen der Hinter- spritzung des Leders mit dem Kunststoffmaterial werden keine na- heren Angaben gemacht.
In der EP 033 718 3 B1 wird ein Verfahren zur Formgebung von Na- turleder, insbesondere von Echtleder-Verkleidungen von Formteilen beschrieben. Dabei wird in die Unterseite des Leders eine Poly- urethan-Sperrschicht eingepresst, welche durch Erwärmen reakti- viert wird. Viskosität und Menge der vor dem Pressvorgang auf die Unterseite aufgebrachten Polyurethan-Schicht werden so auf einan- der abgestimmt, daB die Dicke der Sperrschicht 35% bis 65% der Dicke der Lederschicht tragt. Im AnschluB an die Sperrschicht wird anschließend ein Formteil hinterschaumt.
In der DE 198 151 115 Al wird ein lederkaschiertes Innenausstat- tungsteil sowie ein Verfahren zur Verklebung einer Echtleder- schicht mit einem Substrat beschrieben. Das lederkaschierte In- nenausstattungsteil fur Fahrzeuge weist ein starres Tragerform- teil oder ein flexibles Abstandspolsterteil auf, auf dem mittels einer Klebeverbindungsschicht eine Echtlederschicht angeordnet
ist. Die Klebeverbindungsschicht besteht aus einem flachigen Tra- gergebilde und einem darauf vordosierten waremeaktiven Schmelz- kleber. Zur Herstellung des Innenausstattungsteils werden die einzelnen Lagen aufeinander angeordnet und kurzzeitig unter An- pressdruck auf eine Temperatur erwarmt, bei der der Schmelzkleber schmilzt.
In der DE 198 180 34 wird eine Vorrichtung zum Herstellen von hinterschäumten Lederteilen, insbesondere von Lederverkleidungs- teilen für die Innenaussattung von Fahrzeugen beschrieben. Dabei wird ein Lederteil in ein eine Oberform und eine Unterform auf- weisendes Werkzeug eingelegt, das Werkzeug geschlossen und die Rückseite des Lederteils der Werkzeugform entsprechend hinter- schaum. Es sind mehrere derartige Werkzeuge auf einer Rundtisch- anlage installiert, wobei jedes Werkzeug im Laufe der Drehbewe- gung des Rundtisches, zumindest die folgenden Stationen passiert: Eine Einlegestation, eine Abklebestation, eine Schaumeintragsta- tion, eine Aushartestation und eine Entnahmestation.
Es sind auch Versuche unternommen worden, Leder direkt mit Kunst- stoffen zu hinterspritzen. So berichten S. Anders et al., Kunst- stoffe 80 (1990), 997-1001, von Versuchen, Leder mit Kunststoffen zu hinterspritzen. In der EP 0 199 708 A2 wird ein Verfahren zur Herstellung wenigstens zweilagiger Gegenstande beschrieben. Dabei wird ein Lederstreifen in eine SpritzgieSform eingelegt und mit einem thermoplastischen Kautschuk hinterspritzt. Die Temperatur des Kunststoffes im Schneckenvorraum beträgt etwa 250°C, die Temperatur des Werkzeugs im Mittel 40°C und der Einspritzdruck betragt 100 bar. Diese Versuche sind jedoch nur an Probestücken sehr geringer Größe, z. B. Uhrbandern, durchgefuhrt worden. Eine Umsetzung in die GroSserienproduktion von insbesondere großflä- chigen Lederverbundbauteilen ist jedoch bisher gescheitert. Die Ursache hierfür liegt darin, daß bei den bisher bekannten Verfah- ren keine Lederoberflache erhalten werden konnte, die ein zufrie- denstellendes äußeres Erscheinungsbild zeigt. Die Oberflachen wa- ren unregelmäßig, zeigten eine ungleichmäßige Farbe und wiesen Fehler, wie Risse oder Falten auf. Insbesondere Leder/Kunststoff bauteile mit einer weichen Oberflache sind z. B. gemäß Woite et al.,"Niederdruckverfahren fiir dekorative Innenausstattungsteile" in"Kunststoffe im Automobilbau : Rohstoffe, Bauteile, Systeme", VDI-Verlag, Düsseldorf, 1994, S. 303, ohne zusatzliche Maßnahmen nicht zu erhalten, die verhindern, daß Kunststoffmaterial in das Leder eindringt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Verbundkörpers, welcher eine Schicht aus Leder umfasst, eine zumindest abschnittsweise mit der Schicht aus Leder
verbundene Schicht einer aus einem Polymeren gebildeten Hartkom- ponente, sowie einer zwischen Leder und Hartkomponente angeordne- ten Schicht aus einer Weichkomponente zur Verfugung zu stellen, wobei das Verfahren einfach durchfuhrbar sein sollte und die Her- stellung des mehrschichtigen Verbundkörpers nach Möglichkeit in nur einem Arbeitsschritt ausführbar sein sollte. Insbesondere soll eine nachgiebige Lederoberflache des mehrschichtigen Ver- bundkorpers erzeugt werden können.
Die Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäß gestalteten Verfahren dadurch gelost, daB das Leder an einer Formflache eines Werkzeugs angelegt wird, auf dem Leder die Weichkomponente positioniert wird und das als Hartkomponente wirkende Polymere bei einem Druck von mindestens 50 bar, vorzugsweise mehr als 100 bar, insbeson- dere mehr als 180 bar und einer Temperatur von mehr als 100 5C, vorzugsweise 180 bis 280 °C, insbesondere 200 bis 250 °C auf die Schicht aus Leder und die Schicht der Weichkomponente aufgeformt wird, in der Weise, daB das Leder und die Hartkomponente zumin- dest abschnittsweise miteinander verbunden werden, wobei zumin- dest wahrend des Verbindens die Formflache des Werkzeugs tempe- riert wird.
Die Weichkomponente wird geeignet in einer Form zugeschnitten, daB die Lederschicht in den Randbereichen ubersteht. Beim Auffor- men der Hartkomponente entsteht in den Randbereichen des Verbund- körpers eine feste Verbindung zwischen Leder und Hartkomponente.
Die Verbindung erfolgt dabei ohne die Wirkung eines Klebstoffs.
Es wird angenommen, daB das Polymere durch den hohen Druck und die hohe Temperatur in das Leder eindringt und so eine irreversi- ble Verbindung herstellt. Die Verbindung zwischen Leder und Poly- mer der Hartkomponente ist so intensiv, daB beim Versuch, Leder- und Polymerschicht voneinander zu trennen, die Struktur des Le- ders oder die Hartkomponente zerstört wird. Weiter wird auch zwi- schen Weichkomponente und Hartkomponente eine dauerhafte Verbin- dung hergestellt. Es entfällt ein Arbeitsschritt, in dem der Klebstoff auf das Leder bzw. die Weichkomponente aufgebracht wird. Somit werden Emissionen von Lösemitteln und Restmonomeren aus dem Klebstoff vollstandig vermieden. Die Weichkomponente wird von der Lederschicht und der Schicht aus der Hartkomponente sand- wichartig umgeben. Durch diesen Aufbau einer Sandwichstruktur wird die Weichkomponente dauerhaft und formbestandig in einer Ta- sche fixiert. Durch die Weichkomponente wird die Lederschicht nachgiebig und erzeugt bei Beruhrung ein angenehmes weiches Ge- fuhl. Durch die Kombination mit der Hartkomponente kann der Ver- bundkorper in eine bestimmte Form gebracht werden, beispielsweise in die Form eines Armaturenbretts, und erhalt eine hohe Stabili- tat. Der Formkörper weist eine sehr hohe Robustheit auf, und
zeigt eine hohe Widerstandsfahigkeit gegen den Einfluß von Tempe- ratur und Feuchtigkeit. Die Starke der Schicht aus der Weichkom- ponente kann in weiten Grenzen variiert werden. So können fur Ar- maturenbretter oder Türverkleidungen in Automobilen starken von wenigen Millimetern vorgesehen werden, während fur eine Ausfuh- rung als Sitzfläche auch Starken bis zu mehreren Zentimetern ver- wirklicht werden können. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist auch eine dauerhafte Kaschierung schwierig gestalteter Formstücke möglich.
Fur das erfindungsgemäße Verfahren sind alle gebrauchlichen Ledersorten verwendbar. Durch die Temperierung der Formflache des Werkzeugs wird eine Uberhitzung und Zerstörung der Lederstruktur durch das mit hohem Druck bei hoher Temperatur aufgetragene ther- moplastische Polymere wirksam vermieden. Es können sowohl mit Metallsalzen gegerbte Leder, z. B. Chromleder, verarbeitet werden, die eine hydrothermale Stabilitat von ungefahr 100°C aufweisen, wie auch andere Leder, die eine hydrothermale Stabilität von ungefahr 70°C aufweisen. Beispiele fur derartige Leder sind Vege- tabilleder, Samischleder sowie FOC (free of chrome)-Leder. Mit Metallsalzen gegerbte Leder weisen im allgemeinen einen höheren Hitzeschrumpf auf.
Metallsalzgegerbte (z. B. Chrom, Aluminium) und metallsalzfreie Leder sowie Verfahren zu deren Herstellung finden sich z. B. in "Das Leder", Jahrgang 43 (1992), Seite 283 ff., ausführlich be- schrieben.
Besonders einwandfreie Lederoberflachen erhalt man, wenn die am Leder anliegende Formfläche des Werkzeugs auf Temperaturen im Bereich von 40 bis 80, bevorzugt 45-75, besonders bevorzugt 48 -70 und insbesondere 50-60°C wahrend des Hinterformens mit dem schmelzeflussigen Kunststoffmaterial gehalten wird.
Es können sowohl un-oder teilbehandelte wie auch behandelte Leder eingesetzt werden.
Bei der Lederherstellung nach dem Wet-End-und dem Finish-Verfah- ren werden die Prozesschemikalien und Farbstoffe üblicherweise so gewählt, dass sie dem Druck wie auch den thermischen Bedingungen des Hinterspritzvorgangs standhalten. Vor allem die im Wet-End- Bereich zum Einsatz kommenden Fettungsmittel sind bevorzugt im Kollagengeflecht derart fixiert, daB beim Hinterformen keine Fettmigration an die Oberflache oder in den Kunststoff eintritt.
Es kommt sonst zu unerwünschten Glanzstellen und Fettverunreini- gungen an der Oberflache des Formteils bzw. zu einer Beeintrach- tigung der Haftung zwischen Leder und Kunststoff. Die in der Vor-
und Nachgerbung zum Einsatz kommenden Gerbstoffe werden im allge- meinen so gewählt sein, daB eine gute Faserseparierung erfolgt und die Leder eine gute Licht-, Warme-und Hitzebestandigkeit aufweisen. Dies ist vor allem mit Glutardialdehyd, alleine oder in Kombination mit synthetischen Gerbstoffen auf Basis von Dihydroxydiphenylsulfon, zu erreichen. Unabhangig vom gewahlten Gerbstoff verfügt das nach dem Wet-End-Verfahren erhaltene Leder vorteilhafterweise aber eine ausreichend hohe Schrumpfungstempe- ratur von mindestens 70°C im nassen Zustand.
Die Dicke des verwendeten Leders ist im allgemeinen unabhangig von der Form und Anwendung des Lederbauteils und kann im Bereich von 0,4 bis 3,0 mm variieren, wobei in der Regel eine Dicke im Bereich von 0,4 bis 2,0 mm, vorzugsweise 0,8 bis 2,0 mm und ins- besondere 1,2 bis 1,8 mm den meisten Anforderungen genugt.
Der Druck, mit dem die Verbindung zwischen Lederschicht und Hart- komponente hergestellt wird, ist in seiner Hohe an sich nur durch die technischen Randbedingungen des verwendeten Werkzeugs be- schrankt. Eine dauerhafte Verbindung zwischen Leder und Polymer wird bereits ab Drucken von 50 bar erreicht. Sehr gute Ergebnisse werden bei Drucken von mehr als 100 bar, insbesondere mehr als 180 bar erzielt. Bei sehr großen Werkstucken, beispielsweise Armaturenbrettern wird auch mit wesentlich höheren Drucken von beispielsweise 1000 bar gearbeitet.
Der Werkzeuginnendruck, gemessen in der Nahe des Angusses, be- tragt bevorzugt mindestens 50 bar, besonders bevorzugt mindestens 100 bar und insbesondere mindestens 180 bar.
Die Verarbeitungstemperatur wird in Abhangigkeit vom eingesetzten Polymeren gewahlt. Vorteilhaft fur eine gute Verbindung zwischen Leder und Hartkomponente ist eine hohe FlieBfahigkeit des Polyme- ren. Günstig wird die SchmelzfluBrate (MFR) 230/2,16 > 5 g/10 min vorzugsweise zwischen 10 bis 50 g/10 min, gewählt. Die SchmelzfluBrate (MFR) wird nach ISO 1133 bei 230°C und unter einem Gewicht von 2,16 kg bestimmt. Ebenso ist ein geringer Gehalt des Polymeren an Netzmitteln wie Glyzerinmonostearat fur eine gute Haftung vorteilhaft. Als günstig haben sich Gehalte von weniger als 5000 ppm Netzmittel herausgestellt.
Als Weichkomponente kann an sich jedes Material verwendet werden, das eine ausreichende Nachgiebigkeit und Elastizität aufweist.
Besonders vorteilhaft ist die Weichkomponente ein Polymerschaum.
Des weiteren kommen als Weichkomponente auch Textileinlagen oder -vliese oder Polyestervliese, jeweils mit oder ohne Faserverbund, z. B. aus Glas-oder Kohlefasern, in Frage. Geeignet sollte die
Weichkomponente eine Temperaturbestandigkeit von mehr als 150°C ausweisen. Die Temperaturbestandigkeit der Weichkomponente muS so gewählt werden, daß die Weichkomponente beim Hinterspritzen mit der Hartkomponente ihre Nachgiebigkeit und Elastizitat behalt.
Außer den bereits genannten Anforderungen ist das als Weichkompo- nente verwendete Polymere an sich keinen Beschrankungen unterwor- fen. Bevorzugt wird ein entsprechend geformtes Stuck des aufge- schaumten Polymeren auf der Lederflache positioniert. Es kann da- bei von einer entsprechend geformten Kavitat des Spritzwerkzeuges gehalten werden, in der bereits das Leder positioniert ist. Falls erforderlich, kann der Schaumstoff auch durch einen Klebefilm fi- xiert werden. Beim Aufformen der Hartkomponente verbindet sich der Polymerschaum mit dem Polymeren der Hartkomponente und be- wirkt dadurch eine dauerhafte Fixierung innerhalb des Verbunds.
Der Polymerschaum wird beim Einspritzen komprimiert und versucht nach dem Entspannen in seine ursprüngliche Form zuruckzukehren.
Dadurch wird die Lederflache unter eine leichte Spannung gesetzt, so daS sich eine straffe Polsterung ergibt. Im fertigen Verbund ist der Polymerschaum nicht oder allenfalls durch eine Klebe- schicht, die zur Fixierung des Polymerschaums bei der Herstellung verwendet wurde, mit dem Leder verbunden.
Der Polymerschaum ist im Allgemeinen aus einem weitmaschig ver- netzten schaumbaren Polymeren gebildet. Als das als Weichkompo- nente wirkende Polymer werden bevorzugt Thermoplastische Elasto- mere verwendet. Thermoplastische Elastomere (TPE) sind nicht durch ihre chemische Zusammensetzung, sondern vielmehr durch ihre Stoffzustande gekennzeichnet. Geeignete Thermoplastische Elasto- mere zeichnen sich im allgemeinen dadurch aus, daß sie gleichzei- tig weiche und elastische Segmente mit-niedriger Glasubergangs- temperatur und harte, kristallisierbare Segmente mit geringer Dehnbarkeit, hoher Glasübergangstemperatur und Neigung zur Asso- ziatbildung aufweisen. Die miteinander nicht vertraglichen Hart- und Weichsegmente liegen in sich nicht durchdringenden Phasen vor. Harte und weiche Segmente können Bestandteile eines einzigen Polymeren sein oder in Form einer Mischung aus Elastomeren und Thermoplasten in mikroheterogener Phasenverteilung vorliegen. Die thermodynamisch unvertraglichen Phasen können in Form von Tri- oder Mehrblockcopolymeren im selben Makromolekül oder auch in Form von Elastomerblends vorliegen. Danach sind unvertragliche Phasen aus harten, schmelzbaren und weichen, elastischen Kompo- nenten miteinander verbunden. TPE kehren nach einer Dehnung von 100% und mehr bei Entlastung möglichst spontan und ohne nennens- werte Dehnung wieder in die Ausgangslage zuruck. Es können an sich alle bekannten thermoplastischen Elastomere als Weichkompo- nente verwendet werden. Insbesondere geeignet sind Styrol-Oligo-
block-Copolymere (TPE-S) wie Styrol-Butadien-Styrol-, Styrol-Iso- pren-Styrol-oder Styrol-Ethen-Butadien-Styrol-Blockcopolymere, z. B. die Handelsprodukte KratonD, CariflexTR bzw. KratonG, thermoplastische Elastomere auf Olefinbasis (TPE-O) wie Mischun- gen aus EPM-oder EPDM-Kautschuken mit kristallinen Polyolefinen, z. B. Polypropylen, z. B. das Handelsprodukt Ferrolene (Ferro), thermoplastische Polyurethane (TPE-U), z. B. die Handelsprodukte Desmopane (Bayer AG) und Estanee (Goodrich), Copolyester-Typen (TPE-E) wie copolymere Polyetherester, z. B. das Handelsprodukt Hytrele (DuPont) sowie Copolyamid-Typen (TPE-A) wie Polyether- Blockamide, z. B. das Handelsprodukt Pebaxe (Atochem). Des weiteren können als Thermoplastische Elastomere auch thermoplastischer Na- tur-, Nitril-, Fluor-und Siliconkautschuk eingesetzt werden.
Herstellung und Eigenschaften geeigneter Thermoplastischer Elastomere finden sich z. B. in Ullmann's Encyclopedia of Indu- strial Chemistry, Vol. A26, S. 633-664, VCH Verlagsgesellschaft, 1995, Weinheim, beschrieben.
Da der Polymerschaum beim Hinterspritzen mit der Hartkomponente nicht schmelzen und damit zusammenfallen darf, sind Polyurethane- lastomere besonders bevorzugt.
Leder kann als Naturstoff nicht mit beliebig hohen Temperaturen belastet werden, ohne daß eine Denaturierung der Lederstruktur auftritt. Gebrauchliche Chromleder zeigen eine hydrothermale Sta- bilitat von ungefahr 100°C wahrend andere Leder eine hydrothermale Stabilitat von ungefahr 70° C aufweisen. Es wurde nun gefunden, daß ein Verkochen des Leders und eine Zerstörung der Lederstruk- tur beim Verbinden des Leders mit dem Polymeren der Hartkompo- nente bei hohem Druck und hoher Temperatur wirksam vermieden wer- den kann, wenn die am Leder anliegende Formflache des Werkzeugs auf eine Temperatur von 10 bis 80° C, vorzugsweise 20 bis 60°C ge- kühlt wird. Die Lederseite des fertiggestellten Formstucks zeigt in seiner optischen Erscheinung keine Veranderung durch die Ver- bindung mit der Hartkomponente. Ebenso stimmt das beim Betasten des fertiggestellten Formkörpers vermittelte Gefühl der Ledero- berflache mit dem typischen Ledergefuhl uberein. Trotz der Anwen- dung hoher Temperaturen und hohen Drucks beim Verbinden von Le- derschicht und Weichkomponente zeigt die Lederseite des fertigen Verbundstucks eine gewisse Nachgiebigkeit und Weichheit. Durch die Weichkomponente wird die Lederschicht elastisch unterstützt und behalf ihre natürliche Struktur.
Durch die Kühlung der Formflache des Werkzeugs ist die hydrother- male Belastung des Leders gering. Fur eine Verarbeitung hat es sich als günstig erwiesen, wenn das Leder möglichst trocken ist.
Bevorzugt weist das Leder einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 20 Gew.-% auf.
Es wurde gefunden, daB bei Temperaturen von mindestens 40°C eine Ausbildung von Schwitzflecken auf der Lederoberflache vermieden wird. Zwar erstarrt der eingespritzte Kunststoff rasch, wenn die Temperatur der temperierten Werkzeugformflache möglichst niedrig gewählt wird und erlaubt damit kurze Taktzeiten, da das fertige Formteil sehr rasch aus dem Werkzeug entnommen werden kann, gleichzeitig ist es vorteilhaft, mit sehr hohem Druck einzusprit- zen, um den Hohlraum des Werkzeugs vor dem Erstarren des Kunst- stoffs vollstandig ausfüllen zu können. Wird die Temperatur der temperierten Formfläche des Werkzeugs unterhalb von 40°C gewählt, tritt als Schwierigkeit auf, daB das Leder sehr hohen mechani- schen Belastungen ausgesetzt wird, die zu Verformungen oder RiB- bildungen fuhren können.
Wird die temperierte Formflache des Werkzeugs auf eine Temperatur von mehr als 80°C temperiert, nimmt die thermische Belastung des Leders stark zu, so daB eine zunehmende Zerstörung der Leder- struktur zu beobachten ist, was zu nicht akzeptablen EinbuBen bei der Qualitat des erzeugten Formteils fuhrt. Außerdem erhöhen sich die Taktzeiten bei der Herstellung der Formteile deutlich, da der Kunststoff wegen der geringeren Temperaturdifferenz zwischen ein- gespritztem Kunststoff und temperierter Formflache mit geringerer Geschwindigkeit verfestigt wird.
Insbesondere wenn die Temperatur der temperierten Formfläche des Werkzeugs im Bereich von 50-60°C gehalten wird, ist ein Hoch- druckhinterspritzen bei hohen Temperaturen, beispielsweise bei einer Temperatur von mehr als 100°C, vorzugsweise im Bereich von 180-280°C, insbesondere bevorzugt im Bereich von 200 bis 250°C möglich, ohne daB das Leder, auch nicht im Dauerbetrieb, in Mit- leidenschaft gezogen wird. Die Temperierungszeiten konnen dabei sogar im Bereich von Minuten liegen. Mit dem beschriebenen Ver- fahren können auch DunnwandspritzguBanwendungen vorgenommen wer- den.
Als thermoplastische Polymere kommen unter anderem Polypropylen, Polyethylen, Polyvinylchlorid, Polyethersulfone, Polysulfone, Po- lyetherketone, Polycycloolefine, Poly (meth) acrylate, Polyamide, Polycarbonate, Polyphenylenether, Polyurethane, Polyacetale, z. B.
Polyoxymethylen, Polyester, z. B. Polybutylenterephthalate, Poly- styrole und Styrol (co) polymerisate wie ABS-, AES-, ASA-oder SAN- Polymerisate in Betracht. Dabei sind sowohl Homopolymere als auch Copolymere dieser thermoplastischen Polymere verwendbar.
Besonders geeignet sind ABS-Polymerisate (hierbei handelt es sich u. a. um schlagzah modifizierte Styrol/Acrylnitril-Polymerisate, bei denen Pfropfcopolymerisate von Styrol und Acrylnitril auf Polybutadienkautschuken in einer Copolymermatrix aus Styrol und Acrylnitril vorliegen), ASA-Polymerisate, SAN-Polymerisate, Mischungen aus Poly (meth) acrylaten uns SAM-Polymerisaten, die mit Polyacrylatkautschuken schlagzah modifiziert sind (z. B. Terluxtt BASF AG), Polypropylen, Polyamide, Polybutylenterephthalat, Poly- ethylen, thermoplastische Polyurethane, Polycarbonat oder deren Mischungen, z. B. PPE/HIPS (High Impact Polystyrene)-Blends, z. B. im Handel erhaltlich unter der Marke Uranyle (BASF AG). Bevor- zugte Polymerblends gehen zurück auf ASA/PC-, ABS/PC-, PBT/ASA-, PBT/ABS-und PBT/PC-Mischungen.
Die vorgenannten Polymere sind im allgemeinen bekannt und finden sich beispielsweise in H. Domininghaus, Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften, VDI-Verlag, Düsseldorf, 1992, beschrieben.
Das als Hartkomponente eingesetzte Polymere kann auch Recyclate aus diesen thermoplastischen Polymeren enthalten oder vollstandig oder nahezu vollstandig aus Recyclaten bestehen.
Das bevorzugt verwendete Polybutylenterephthalat ist ein hohermo- lekulares Veresterungsprodukt von Terephthalsaure mit Butylengly- col mit einer Schmelzflußrate (MFR) nach ISO 1133, bei 230°C und unter einem Gewicht von 2,16 kg, von 5 bis 50 g/10 min, insbeson- dere von 5 bis 30 g/10 min.
Als Copolymere des Styrols kommen insbesondere Copolymere mit bis zu 45 Gew.-%, vorzugsweise mit bis zu 20 Gew.-% an einpolymeri- siertem Acylnitiril in Betracht. Derartige Copolymere aus Styrol und Acrylnitril (SAN) weisen eine Schmelzflußrate (MFR), nach ISO 1133, bei 230°C und unter einem Gewicht von 2,16 kg von 1 bis 25 g/10 min, insbesondere von 4 bis 20 g/10 min auf.
Weitere, ebenfalls bevorzugt eingesetzte Copolymere des Styrols enthalten bis zu 35 Gew.-%, insbesondere bis zu 20 Gew.-% einpo- lymerisiertes Acrylnitril, bis zu 35 Gew.-% insbesondere bis zu 30 Gew.-% einpolymerisiertes Butadien. Die Schmelzflußrate derar- tiger Copolymere aus Styrol, Acrylnitril und Butadien (ABS) nach ISO 1133, bei 230°C und unter einem Gewicht von 2,16 kg, liegt im Bereich von 1 bis 40 g/10 min, insbesondere im Bereich von 2 bis 30 g/10 min.
Unter ASA-Polymerisate werden im allgemeinen schlagzahmodifi- zierte Styrol/Acrylnitril-Polymerisate verstanden, bei denen Pfropfcopolymerisate von vinylaromatischen Verbindungen, ins-
besondere Styrol, und Vinylcyaniden, insbesondere Acrylnitril, auf Polyalkylacrylatkautschuken in einer Copolymermatrix aus ins- besondere Styrol und Acrylnitril vorliegen. Im Handel sind ASA- Polymerisate z. B. unter dem Namen LuranS (Fa. BASF AG) erhalt- lich.
Geeignete Polycarbonate sind an sich bekannt. Besonders bevor- zugte Polycarbonate sind solche auf der Basis von Bisphenol A oder Bisphenol A zusammen mit bis zu 80 Mol-% an weiteren aroma- tischen Dihydroxyverbindungen. Kommerziell erhältlich sind z. B. die Polycarbonate Makrolone (Fa. Bayer AG) und Lexan (Fa. GE Plastics B. V.). Es kommen auch Copolycarbonate auf der Basis von Bisphenol A und z. B. Bis- (3, 5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) sulfon bzw. 1, 1-Di- (4-hydroxyphenyl)-3, 3,5-trimethyl-cyclohexyl, die sich durch eine hohe Wärmeformbeständigkeit auszeichnen, in Frage. Letztgenanntes Copolycarbonat ist kommerziell unter dem Handelsnamen ApecHT (Fa. Bayer AG) erhältlich. Die Polycarbonate können sowohl als Mahlgut als auch in granulierter Form einge- setzt werden. Als Mischungsbestandteil, insbesondere in einer ASA-Substratschicht, liegen Polycarbonate üblicherweise in Mengen von 1 bis 80, bevorzugt 9 bis 50 Gew.-% und besonders bevorzugt 15 bis 45 Gew.-%, bezogen auf die jeweilige Mischung vor. Der Zu- satz von Polycarbonaten führt unter anderem zu höherer Thermo- stabilität und verbesserter Rissbestandigkeit der Verbundschicht- folien.
Als weitere Polymerematerialien werden insbesondere auch Polyole- fine wie Polyethylen oder Polypropylen eingesetzt, wobei letzte- res bevorzugt verwendet wird. Unter der Bezeichnung"Polypropy- len"sollen dabei sowohl Homo-als auch Copolymere des Propylens verstanden werden. Copolymere des Propylens enthalten in unterge- ordneten Mengen mit Propylen copolymerisierbare Monomere, bei- spielsweise C2 bis Cg-Alk-1-ene, wie unter anderem Ethylen, But-l-en, Pent-l-en oder Hex-l-en. Es können auch zwei oder meh- rere verschiedene Comonomere verwendet werden.
Besonders geeignete Trager sind unter anderem Homopolymere des Propylens oder Copolymere des Propylens mit bis zu 50 Gew.-% ein- polymerisierter anderer 1-Alkene mit bis zu 8 C-Atomen. Die Copo- lymere des Propylens sind hierbei statistische Copolymere oder Block-oder Impactcopolymere. Sofern die Copolymere des Propylens statistisch aufgebaut sind, enthalten Sie im Allgemeinen bis zu 15 Gew.-%, bevorzugt bis zu 6 Gew.-% andere 1-Alkene mit bis zu 8 C-Atomen, insbesondere Ethylen, 1-Buten oder ein Gemisch aus Ethylen und 1-Buten.
Block-oder Impact-Copolymere des Propylens sind Polymere, bei denen man in der ersten Stufe ein Propylen-Homopolymer oder ein statistisches Copolymer des Propylens mit bis zu 15 Gew.-%, bevorzugt bis zu 6 Gew.-% anderer 1-Alkene mit bis zu 8 C-Atomen herstellt und dann in der zweiten Stufe ein Propylen-Ethylen- Copolymer mit Ethylengehalten von 15 bis 80 Gew.-%, wobei das Propylen-Ethylen-Copolymer zusatzlich noch weitere C4-bis C8-Alk-l-ene enthalten kann, hinzupolymerisiert. In der Regel wird soviel des Propylen-Ethylen-Polymer hinzupolymerisiert, daß das in der zweiten Stufe erzeugte Copolymer im Endprodukt einen Anteil von 3 bis 60 Gew.-% aufweist.
Das Polymermaterial kann, bezogen auf das Gesamtgewicht des Tra- gers, 1 bis 60, vorzugsweise 5 bis 50, besonders bevorzugt 10 bis 40 Gew.-% an verstärkenden Fullstoffen enthalten, wie zum Bei- spiel Holzmehl, amorphe Kieselsäure, Magnesiumcarbonat, Magnesiumhydroxid, Kreide, gepulvertes Quarz, Glimmer, Mica, Bentonite, Talkum, insbesondere mit einer mittleren Korngröße im Bereich von 0,1 bis 10 Rm gemessen nach DIN 66115, Calcium- carbonat, Bariumsulfat, Glaskugeln, Feldspat oder insbesondere Calciumsilicate wie Wollastonit und Kaolin.
Des weiteren kommen Fasern, worunter vorliegend auch plattchen- förmige Produkte zu verstehen sind, in Frage.
Als Beispiele fur faserförmige Füllstoffe seien Kohlenstoff-, Aramid-, Stahl-oder Glasfasern, Aluminium-Flakes, Schnittglas oder Glasseidenrovings genannt. Besonders bevorzugt sind Glasfa- sern. Des weiteren können als Fasern Naturfasern wie Flachs, Hanf, Jute, Sisal, Ramie oder Carnaf eingesetzt werden.
Die verwendeten Glasfasern können aus E-, A-oder C-Glas sein und sind vorzugsweise mit einer Schlichte und/oder einem Haftver- mittler ausgerustet. Es können sowohl Endlosfasern (rovings) als auch Schnittglasfasern (staple eingesetzt werden.
Es können auch Mischungen an Fasern und/oder teilchenförmigen Fullstoffen verwendet werden.
Außerdem kann man dem Polymermaterial noch die üblichen Zusatz- stoffe wie Licht-, W-und Wärmestabilisatoren, RuBe, Gleitmit- tel, Wachse, Effektfarbmittel, oder Flammschutzmittel und der- gleichen in den üblichen und erforderlichen Mengen hinzufugen.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Verbinden von Hartkomponente und Leder durch Spritz- giessen. Dabei wird das Bederstück in die Form eines Werkzeugs
eingelegt, dann beispielsweise ein Polymerschaum auf der Leder- flache positioniert und anschließend Leder und Polymerschaum mit der Hartkomponente hinterspritzt.
Als Werkzeuge können im erfindungsgemäßen Verfahren die in der Kunststofftechnik üblichen Apparaturen verwendet werden, bei- spielsweise Spritzgießwerkzeuge fur das Spritzgießen. Wesentlich ist, daS jeweils auf der Lederseite des Verbundkörpers fur eine ausreichende Warmeabfuhr gesorgt werden kann. Üblicherweise ist dazu eine entsprechende Kühlung des Spritzwerkzeugs vorgesehen.
Beim Spritzgießen wird die Lederschicht und der Polymerschaum entweder direkt uber ein Tiefziehverfahren dreidimensional vorge- formt und anschließend in einem Spritzgießwerkzeug mit der Hart- komponente hinterspritzt oder das Leder in der Spritzgiessform durch die einströmende Polymerschmelze direkt tiefgezogen.
Fur die Herstellung des mehrschichtigen Verbundkörpers kann neben dem Spritzgießen auch auf geeignete Pressverfahren, z. B. das Hin- terpragen oder Thermovliespressen zuruckgegriffen werden. Zum Hinterpragen eignen sich z. B. das Quellfluss-und das Strangable- geverfahren. Vorstehende Verfahren finden sich auch bei Weite et al.,"Niederdruckverfahren fur dekorative Innenausstattungsteile" in"Kunststoffe im Automobilbau : Rohstoffe, Bauteile, Systeme", VDI-Verlag, 1994, Düsseldorf, S. 280-312, beschrieben.
Nach einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Hartkomponente in einem Extruder auf eine Temperatur von wenigstens 150°C erhitzt und extrudiert. Der extrudierten Hartkomponenten wird das Leder und die Weichkomponente uber temperierte Kalander-oder Pragewal- zen zugeführt und die Schicht aus Leder, die Schicht der Weich- komponente und die Schicht der Hartkomponente unter Druck mitein- ander verbunden. Das erwärmte thermoplastische Polymer wird geei- gnet durch eine entsprechend geformte Breitbanddüse ausgestoßen.
Das dreidimensionale Verformen des Komposits aus Leder-, Weich- und Hartkomponente kann innerhalb des Werkzeugs, das heißt, der Kalander-oder Prägewalze, erfolgen. Dabei werden auf der Seite der Hartkomponente der Verbundkörper auf die erforderlichen hohen Temperaturen erhitzt, wahrend auf der Lederseite der Verbundkor- per gekuhlt wird.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren Verbundkor- per zeigen äußerst günstige Eigenschaften. Gegenstand der Erfin- dung ist daher auch ein mehrschichtiger Verbundkörper mit einer Schicht aus Leder, einer Schicht aus einer Hartkomponente und ei- ner zwischen der Schicht aus Leder und der Schicht aus der Hart-
ner zwischen der Schicht aus Leder und der Schicht aus der Hart- komponente angeordneten Schicht einer Weichkomponente, wobei das Leder und die Hartkomponente abschnittsweise klebstoffrei mitein- ander verbunden sind, insbesondere das Leder in den Abschnitten von der Hartkomponente zumindest teilweise durchdrungen ist.
Durch das in die Lederschicht eingedrungene thermoplastische Po- lymere werden Lederschicht und Hartkomponente irreversibel mit- einander verbunden. Ein Abtrennen der Lederschicht vom darunter liegenden Trager ist bei den meisten gebräuchlichen Kunststoffen nur unter Zerstörung der Lederstruktur möglich. Bei dem erfin- dungsgemaBen dreidimensionalen Verbundkörper ist fur die Verbin- dung von Lederschicht und Hartkomponente kein weiteres Material als Klebstoff erforderlich. Charakteristisch fur den erfindungs- gemäßen dreidimensionalen Verbundkörper ist also die Abwesenheit einer Klebstoffschicht zwischen Leder-und Hartkomponente.
Fur eine gute Verbindung zwischen Lederschicht und Hartkomponente hat sich als gunstig erwiesen, daB die Eindringtiefe des ersten Polymeren in das Leder 5 bis 40%, vorzugsweise 10 bis 30% der Starke der Lederschicht betragt. Die erforderliche Eindringtiefe hangt ab von der Lederdicke sowie den Ansprüchen an die mechani- sche Widerstandsfahigkeit.
Die erfindungsgemäßen Verbundkorper können in einer Vielzahl von Anwendungen, insbesondere fur großflächige Verbundbauteile einge- setzt werden. Neben dem bereits erwähnten Einsatz in der Automo- bilindustrie fur die Verkleidung von Armaturenbrettern, fur In- nenverkleidungen, Mittelkonsolen u. s. w. ist beispielsweise eine Ausgestaltung des Verbundkörpers als Schutzhülle fur Mobiltele- fone, eine Ausrüstung von Schalenkoffern mit Lederoberflachen oder ein Einsatz in der Schuh-oder Bekleidungsindustrie fur di- rekt angespritzte Kappen, Schulterstucke und Schutzkleidungsein- zelteile denkbar. Ein weiteres Einsatzgebiet ist beispielsweise die Mobelindustrie. Hier ist eine Ausgestaltung des Verbundkor- pers als Rückenlehne, Sitzflache oder Armlehne von Sitzmöbeln denkbar. Die Erfindung ist weit aber die genannten Einsatzbeis- piele hinaus verwendbar. Besondere Vorteile bietet sie in dem Fall, wenn neben den optischen Eigenschaften auch das Gefühl wichtig ist, daB beim Betasten der Lederoberflache erzeugt wird.
Die Erfindung wird im weiteren unter Bezug auf eine Zeichnung na- her erläutert.
Dabei zeigt:
Figur 1: einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Formkör- per.
Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Verbundkörper. Der Verbundkorper umfasst einen Kern 1 aus einem Polymerschaum, der zur einen Seite hin von einer Schicht 2 aus Leder und zur anderen Seite in von einer Schicht 3 einer Hartkom- ponente umgeben wird. Die Hartkomponente weist eine gewisse Stei- figkeit auf und ist beispielsweise aus Polypropylen ausgebildet.
Lederschicht 2 und Hartkomponente 3 bilden eine Tasche aus, die vom Polymerschaum 1 ausgefüllt ist. In den Randbereichen 4 beruh- ren sich die Schicht 2 aus Leder und die Hartkomponente 3 ohne daB zwischen Ihnen Polymerschaum 1 angeordnet ist. In diesen Be- reichen 4 sind Lederschicht 2 und Hartkomponente 3 klebstoffrei miteinander verbunden. Dabei dringt die Hartkomponente 3 etwas in die Lederschicht 2 ein. In den Bereichen, in denen Polymerschaum 1 und Hartkomponente 3 miteinander in Beruhrung stehen, ist durch das Hinterspritzen mit der Hartkomponente ebenfalls eine dauer- hafte Verbindung ausgebildet. Die Verbindung zwischen Leder- schicht 2 und Hartkomponente 3 muB nicht zwangslaufig in den Randbereichen des Formstucks erfolgen. Es können auch innerhalb der Flache der Hartkomponente 3 Berührungspunkte mit der Leder- schicht 2 vorgesehen sein, in denen Lederschicht und Hartkompo- nente dauerhaft verbunden werden.