Faserverbundwerkstoffe, insbesondere für Dachhimmelkonstruktionen Beschreibung Die Erfindung betrifft Faserverbundwerkstoffe, umfassend zwei Faserverbundschichten und eine dazwischen liegende Korkschicht, und deren Verwendung als Formteile, beispielsweise für den Kraftfahrzeug-Innenraum, insbesondere für Dachhimmelkonstruktionen. Großflächige Innenausbauteile für Kraftfahrzeuge wie Dachhimmel werden bisher überwiegend aus duroplastischen Polyurethan-Glasfaserverbunden gefertigt. Solche Verbundmaterialien werden aus einem Polyurethan-Hartschaum, der mit einem Polyurethan-Klebstoff auf Basis von Diphenylmethandiisocyanat (PMDI) imprägniert ist, und beidseitig darauf aufgebrachten Glasfaservliesen durch Verformen und Polymerisation in einer Heißpresse hergestellt. Nicht unproblematisch sind die dabei verwendeten Materialien. So sind beim Umgang mit PMDI strenge Arbeitsschutzmaßnahmen vorzusehen und einzuhalten. Bauteile auf Basis von Polyurethanschäumen sind praktisch nicht rezyklierbar. Auch die Verwendung von Glasfasern erfordert wegen der Gefahr des Glasfaserflugs und von Hautreizungen besondere Maßnahmen der Arbeitsplatzhy- giene. Die thermische Verwertung von glasfaserhaltigen Materialien bringt Probleme durch Rückstände aus Glasschlacke.

Somit besteht ein Bedarf an alternativen Werkstoffen für großflächige Kfz-Formteile. Aufgabe der Erfindung ist es, solche Werkstoffe bereitzustellen. Die Materialien sollten unter dem Gesichtspunkt der Arbeitshygiene unbedenklich sein und recyclingfähig sein.

Gelöst wird die Aufgabe durch einen Faserverbundwerkstoff unfassend in der Abfolge

(i) - (iii)

(i) eine erste Faserverbundschicht;

(ii) eine Korkschicht;

(iii) eine zweite Faserverbundschicht.

Als äußere Schichten umfasst der Faserverbundwerkstoff zwei Faserverbundschich- ten. Die Faserverbundschichten können als Fasern ausschließlich synthetische Fasern enthalten. Bevorzugt enthalten die Faserverbundschichten Naturfasern. Beispiele für Naturfasern, die in den Faserverbundschichten enthalten sein können, sind Fasern von Baumwolle, Sisal, Flachs, Hanf, Ölleinen und Jute. Die Faserverbundschichten (i) und (iii) liegen ganz allgemein in Form eines textilen Flächengebildes vor. Besonders geeignet sind Vliese (Stapelfasern oder Spinvliese), aber auch Gewebe und Gewirke sind möglich. Bevorzugt sind Vliese aus Naturfasern, beispielsweise Vliese aus Baumwolle und Sisal. Diese kommen in ihren Eigenschaften Glasfaservliesen nahe.

Die Naturfasern können im Gemisch mit synthetischen Fasern vorliegen, beispielsweise im Gemisch mit Fasern aus Polypropylen, Polyethylen, Polyester, Polyamid oder Polyacrylnitril. Der Anteil an Kunststoffasern kann bis zu 50 Gew.-% betragen, bevor- zugt beträgt er bis zu 30 Gew.-% und besonders bevorzugt bis zu 10 Gew.-%. In einer insbesondere bevorzugten Ausführungsform liegen keine synthetischen Fasern neben den Naturfasern vor.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthalten die Faserverbundschichten ausschließlich synthetische Fasern, beispielsweise die oben genannten synthetischen Fasern, oder Polyesterfasern aus PET oder PBT.

Die Vliese können mechanisch, thermisch oder chemisch vorgebunden sein. Thermisch vorgebundene Vliese können beispielsweise durch Mitverwendung synthetischer Bindefasern und thermischer Behandlung in einem Kalander erhalten werden.

Die Vliese, Gewebe und Gewirke werden bevorzugt mit einem thermovernetzbaren Bindemittel imprägniert. Geeignete thermovernetzbare Bindemittel sind Bindemittel auf Basis vernetzbarer Polyacrylsäuren, Acrylsäure/Maleinsäure-Copolymere, Formalde- hydharze, wie Harnstoff-Formaldehydharze (UF-Harze), Phenol-Formaldehydharze (PF-Harze), Melamin-Formaldehydharze (MF-Harze) und Melamin-Harnstoff- Formaldehydharze (MUF-Harze), weiterhin vernetzbare wässrige Dispersionen, wie vernetzbare Styrol-Butadien-Dispersionen, Styrol-Acrylat-Dispersionen und reine Acrylat-Dispersionen. Möglich sind auch Kombinationen aus Formaldehydharzen und wässrigen Dispersionen.

In einer Ausführungsform der Erfindung werden thermovernetzbare Bindemittel auf Basis von Acrylsäure/Maleinsäure-Copolymere und Triethanolamin als Vernetzer, wie sie beispielsweise in EP 0 882 093 B1 beschrieben sind, als Bindemittel für die Vliese, Gewebe und Gewirke verwendet.

Das Flächengewicht der Faserverbundschichten beträgt im Allgemeinen < 400 g/m ² , bevorzugt < 200 g/m ² und besonders bevorzugt < 150 g/m ² . Für Autodachhimmel beträgt es insbesondere 100 bis 150 g/m ² . Als mittlere Schicht umfasst der Faserverbundwerkstoff eine Korkschicht (ii). Die Korkschicht besteht aus mittels eines Binders gebundenen Korkagglomeraten und kann aus Granulat unterschiedlicher Teilchengröße gebildet werden. Durch die Wahl bestimmter Kornfraktionen (Teilchengrößen) kann die Dichte der Korkschicht gezielt eingestellt werden. Im Allgemeinen werden Korkschichten mit einer Dichte von < 200 kg/m ³ verwendet. Die Dicke der Korkschicht beträgt im Allgemeinen 4 - 6 mm, das Flächengewicht der Korkschicht beträgt im Allgemeinen < 500 g/m ² . Für Autodachhimmel sollte sich mit den beiden Naturfaserverbundschichten (i) und (iii) ein Flächengewicht des gesamten Schichtverbundes von < 800 g/m ² ergeben.

Die Korkschicht wird mit geeigneten thermoplastisch oder duroplastisch aushärtbaren Bindemitteln vorgebunden und vorzugsweise in nicht ausgehärteter Form eingesetzt. Dadurch weist die Korkschicht eine hohe Flexibilität auf und kann leicht verformt werden. Bevorzugt sind die oben genannten thermovernetzbaren Bindemittel auf Basis von vernetzbaren Acrylaten, Acrylat-haltigen Copolymeren, vernetzbaren wässrigen Dispersionen sowie Polyurethansysteme, wie sie auch zur Imprägnierung der Naturfaserverbundschichten verwendet werden.

Die erfindungsgemäßen Faserverbundwerkstoffe werden durch thermisches Verformen des Schichtverbundes und Thermovernetzung des Binders hergestellt. Ein thermovernetzbares Bindemittel liegt zumindest in den Faserverbundschichten vor. Dazu werden die erste Faserverbundschicht, die Korkschicht und die zweite Faserverbundschicht im nicht ausgehärteten Zustand aufeinander gelegt und in einer Heißpresse in die gewünschte dreidimensionale Form gebracht und anschließend thermover- netzt. Das Aushärten von Faserverbundschichten und Korkschicht erfolgt dabei in der Heißpresse.

Je nach Konstruktion (Vliesgewichte, Korkdichte, Binderanteil) können die mechanischen Eigenschaften in weiten Grenzen variiert und den Anforderungen angepasst werden.

Damit erfüllt der erfindungsgemäße Faserverbundwerkstoff die einschlägigen Spezifikationen. Die Faserverbundwerkstoffe sind gut recyclingfähig. Beim thermischen Recycling fällt keine Glasschlacke an.

Die erfindungsgemäßen Faserverbundwerkstoffe sind zur Herstellung von großflächigen Formteilen für den Innenausbau von Kraftfahrzeugen (Kraftfahrzeug- Innenraumteile) geeignet. Beispiele sind Dachhimmel, Hutablagen und Kofferraumver- kleidungen. Die Faserverbundwerkstoffe können auch zur Herstellung von Möbeln, beispielsweise Schulmöbeln, eingesetzt werden. Allgemein können sie zur Herstellung von Formteilen verwendet werden, deren Formgebung in einer Heißpresse erfolgt. Eine bevorzugte Anwendung ist die Verwendung der Faserverbundwerkstoffe, vorzugs- weise der Naturfaserverbundwerkstoffe umfassend Faserverbundschichten aus Naturfasern, zur Herstellung von Dachhimmeln.

Die Erfindung wird durch das nachstehende Beispiel näher erläutert: Beispiel

Ein Faserverbundwerkstoff bestehend aus einem mit Aerodur gebundenen Korkträger, der beidseitig mit einem ebenfalls mit Aerodur gebundenen Vlies gestärkt ist, wird wie folgt hergestellt:

1 . Herstellung des Korkträgers

In einem Gefäß werden 206 g Kork mit der üblichen Feuchte von 3% vorgelegt. Dazu werden unter Rühren 16 g eines thermisch härtbaren, Phenol- und Formaldehyd-freien reaktiven Acrylatharzes (Aerodur) mit einem Feststoffgehalt von 50% innerhalb 2 Minuten zugegeben. Das so eingestellte Verhältnis Kork zu Bindemittel beträgt 100 zu 4 (bezogen auf die trockenen Komponenten). Die Feuchte von Kork/Acrodurmischung liegt bei 6,4%.

Eine quadratische Metallform im Format 15 x 15 cm, einer Höhe von 10 cm und einem Volumen von 2250 cm ³ wird in einer beheizbaren Presse innerhalb 10 Minuten auf 130° C erhitzt. In die so vorgeheizte Form werden 216 g Kork-Bindermischung eingewogen. Die Form wird mit einem 7 cm dicken gelochten Deckel so verschlossen, dass der Inhalt auf eine Dicke von 3 cm komprimiert wird. Durch das vorgegebene Volumen stellt sich die gewünschte Dichte von 0,24 g/cm ³ ein. Die Verweilzeit in der 130° C hei- ßen Presse beträgt 60 Minuten. Nach Ablauf der Presszeit wird die Korkplatte aus der Form entnommen. Die für den Dachhimmel benötigten 4 mm dicken Korkträger werden anschließend aus dem Block ausgesägt.

2. Imprägnieren des Baumwolle/Sisal-Deckvlieses

Das Vlies mit einem Flächengewicht von 100 g/m ² wird mit Aerodur 950 L imprägniert. Dazu wird das Aerodur mit Wasser auf 40% verdünnt und anschließend durch Einrühren von Luft eine Dichte von 450 g/cm ³ eingestellt. Die Imprägnierung des Vlieses mit dem Schaum erfolgt unter Standardbedingungen mit einem Laborfoulard. Die einge- stellte Bindermenge liegt bei 100 g/m ² . Nach dem Imprägnieren werden die Vliese im Trockenschrank auf die Restfeuchte von 18% bei 70° C getrocknet.

3. Herstellung der Dachhimmelbauteile

Eine ausgesägte Korkscheibe im Format 30 x 30 cm wird beidseitig mit jeweils einem mit Aerodur gebundenen Vlies in der Presse bei 200° C innerhalb 60 Sekunden auf eine Dicke von 4 mm verpresst. Nach Ablauf der Presszeit kann ein formstabiles Bauteil entnommen werden. Die Dichte beträgt 0,24 g/cm ³ bei einem Flächengewicht von etwa 1000 g/m ² .

Der so erhaltene Faserverbundwerkstoff wird einer mechanischen Prüfung unterworfen. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle zusammengefasst:

Schlagzähigkeit ISO 179-1/1fU kJ/m ² 5

Standardabweichung kJ/m ² 1

Biegeversuch ISO 178

Biegefestigkeit bei 23° C N/mm ² 4

Standardabweichung N/mm ² 1

E-Modul N/mm ² 438

Standardabweichung N/mm ² 39