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Verfahren zur Herstellung eines Verbundes - Dokument DE10129278B4
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE10129278B4 09.03.2006
Titel Verfahren zur Herstellung eines Verbundes
Anmelder C. Cramer, Weberei, Heek-Nienborg, GmbH & Co. KG, 48619 Heek, DE
Erfinder Eisele, Michael, 46397 Bocholt, DE
Vertreter Buse, Mentzel, Ludewig, 42275 Wuppertal
DE-Anmeldedatum 18.06.2001
DE-Aktenzeichen 10129278
Offenlegungstag 02.01.2003
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 09.03.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.03.2006
IPC-Hauptklasse B29C 65/04(2006.01)A, F, I, ,  ,  ,   
IPC-Nebenklasse C09D 5/24(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      B32B 27/40(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      B32B 27/18(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      B32B 37/00(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      B32B 5/22(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      D06N 7/00(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      B60J 7/12(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      C08L 75/04(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundes durch Verschweißen von zwei Laminaten mittels eines hochfrequenten (HF) Wechselstromfeldes.

In Laminaten finden Elastomere aufgrund ihrer guten mechanischen Eigenschaften (Elastizität, Knicksteifigkeit) breite Verwendung, beispielsweise für Verdeckstoffe. In der Regel sind solche Laminate aus dem Obergewebe, einer aus der Lösung hergestellten Gummierung als Zwischenschicht und einem Untergewebe aufgebaut. Eine Verbindung von solchen Laminaten erfolgt bevorzugt durch Schweißen mittels eines Hochfrequenten Wechselstromfeldes (HF-Schweißen). Zwischen zwei Laminatlagen wird eine Schweißfolie angeordnet und von außen je eine Elektrode herangeführt. Die Frequenz des Wechselstromfeldes wird solange verändert, bis ein Wert erreicht wird, bei dem die Schweißfolie schmilzt und eine Verbindung der Laminate bewirkt. Im Gegensatz zum Ober- und Untergewebe spricht die elastomere Zwischenschicht der Laminate nicht auf das HF-Feld an. Das Elastomer stellt in nachteiliger Weise einen Isolator dar, der dazu führt, dass sich um die jeweiligen Elektroden beim HF-Schweißen ein großes induktives Feld aufbaut. Befinden sich nun Spuren von Feuchtigkeit, Salzkristalle oder andere leitfähige Substanzen auf der Gewebeoberfläche des Laminats, kommt es an diesen Stellen zu Durchbrennungen des Gewebes und der Verbund ist nicht mehr brauchbar. Da bereits die eingesetzten Laminate ein teures Produkt darstellen, ist eine hohe Ausschussrate beim HF-Schweißen besonders nachteilig.

Ein solches Laminat für Verdeckstoffe ist in dem deutschen Gebrauchsmuster DE 92 06 365 U1 offenbart. Zur Verbesserung der Verschweißbarkeit wird eine Beschichtung auf den Elastomeren oder thermoplastischen Elastomeren vorgeschlagen. Eine solche Beschichtung wirkt wie eine Schweißfolie und beseitigt nicht die Nachteile der elastomeren Schicht, die wie oben beschrieben, als Isolator wirkt.

Bekannt sind aus der US 5,456,976 A Laminate, die statt einer Elastomerschicht eine Polyuretanschicht (PU) aufweisen. Die PU-Komponente kann aufgrund ihrer ambivalenten Gruppen durch elektromagnetische Felder gut angeregt werden. Diese Laminate weisen jedoch z.B. für Cabrioverdecke nicht die optimalen mechanischen Eigenschaften auf: Die Schrift US 5,456,976 A geht auch nicht auf die Schweißbarkeit der dort beschriebenen Laminate ein.

Aus der Patentschrift DE 695 14 425 T2 ist es bekannt, eine Polyolefin-Polymer-Zusammensetzung HF-schweißbar zu machen. Dies wird dadurch erzielt, dass durch Schmelzextrusion bei 240 °C ein Olefin-Polymer zusammen mit Polyamidpartikeln und polaren Monomeren verarbeitet wird. Es entsteht eine homogene HF-schweißbare Polymerlegierung. Diese Polymerlegierung besitzt jedoch keinen elastomeren Charakter mehr.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine dielektrisch ansprechbare Elastomer-Zusammensetzung zur Verfügung zu stellen, wobei die guten mechanischen Eigenschaften des Elastomers (Elastomercharakter) beibehalten werden.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1, nämlich durch ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundes durch Verschweißen von zwei Laminaten mittels eines hochfrequenten (HF) Wechselstromfeldes unter Zwischenlegung einer Schweißfolie, wobei jedes Laminat aus einem Obergewebe, einer dielektrisch ansprechbaren Zwischenschicht aus einem Gemenge von Elastomeren mit bis zu 20 Gew.% darin homogen verteilten Partikeln eines oder mehrerer Thermoplaste, und einem Untergewebe besteht. Die Teilchengröße der Partikel sollte dabei vorteilhafterweise 80 &mgr;m nicht überschreiten und vorzugsweise bei 30 bis 50 &mgr;m liegen. Je einheitlicher die Korngröße der Partikel, desto gleichmäßiger erfolgt die Beeinflussung der Elastomer-Zusammensetzung durch ein dielektrisches Feld. Der Anteil an Thermoplast-Partikel in der Elastomer-Zusammensetzung sollte kleiner 20 Gew.% gewählt werden. Ab 3 Gew.% ist ein merkliches Ansprechverhalten der Elastomer-Zusammensetzung auf dielektrische Felder nachweisbar. Ab 15 Gew.% verliert die Elastomer-Zusammensetzung spürbar ihren elastischen Charakter.

Die Auswahl des Thermoplasten richtet sich nach dem jeweiligen Anwendungszweck der erfindungsgemäßen Elastomer-Zusammensetzung. Generell sind Partikel von allen Thermoplasten. einsetzbar, wie beispielsweise Ethylenvinylacetat, Polyethylene, Co-Polyamide, Co-Polyester oder auch thermoplastische Elastomere, z.B. Polyurethane. Anwendung finden sowohl aliphatische als auch aromatische Polyurethane. Ebenso sind Gemenge von verschiedenen Thermoplasten mit kristallinen und/oder amorphen-Anteilen verwendbar.

Laminate mit der erfindungsgemäßen dielektrisch ansprechbaren Elastomer-Zusammensetzung als Zwischenschicht lassen sich hervorragend durch HF-Schweißen verbinden. Die Partikel des Thermoplasten in der Zwischenschicht beider Laminate sind in der Lage, beim HF-Schweißen einen Teil der Energie des HF-Wechselstromfeldes zu absorbieren. Die Menge der absorbierten Energie ist über den Anteil an amorphen bzw. kristallinen Partikeln des Thermoplasten steuerbar. Je höher der Anteil an kristallinen Partikeln ist, desto mehr Energie kann von den Thermoplast-Partikeln aufgenommen werden.

Die Elastomer-Schicht zwischen Ober- und Untergewebe des Laminats wirkt aufgrund der Thermoplast-Partikel nicht mehr wie eine Isolierschicht. Dadurch baut sich nunmehr kein breites induktives Feld um die HF-Schweißelektroden auf. Ein solches Laminat verhält sich also wesentlich positiver als ein Laminat, welches nur ein Elastomer als Zwischenschicht besitzt. Andererseits weist ein Laminat mit der erfindungsgemäßen Elastomer-Zusammensetzung gute mechanische Eigenschaften, z.B. hohe Elastizität und Knicksteifigkeit auf.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist das gute Aussehen der Schweißnaht. Durch die Form der Elektrode und insbesondere die Taktfrequenz beim HF-Schweißen lässt sich eine dekorative Ziernaht erzeugen.

Als Elastomer können alle bekannten Kautschuke, vorzugsweise Chloropren, Fluor-Kautschuk, Nitrilbutadien-Kautschuk oder Butylkautschuk sowie Silikon eingesetzt werden. Bevorzugte Thermoplast-Partikel sind Partikel von aliphatischen Polyurethanen, aromatischen Polyurethanen, Polyethylenen, Co-Polyamiden, Co-Polyester oder Ethylenvinylacetate. Die Zwischenschicht eines Laminats kann in der Elastomer-Zusammensetzung zusätzlich Füllstoffe, Haftvermittler, Farbpigmente, UV-Absorber, Vernetzer, Stabilisatoren, Weichmacher oder andere Substanzen als Additive enthalten.

Ein Verbund aus Laminaten mit einer dielektrisch anregbaren Zwischenschicht kann für Verdeckstoffe bei Cabriodächern eingesetzt werden, wobei vorteilhafterweise bei der Herstellung des Verbundes auch Glasfenster in das Cabrioverdeck eingeschweißt werden können.

Cabrioverdeckstoffe werden extremen Wärmeauslagerungstests unterzogen, wobei sie 500 Stunden einer Temperatur von 105°C standhalten müssen, ohne dass sich ihre mechanischen Eigenschaften wesentlich verändern. Nach Auswahl eines geeigneten Thermoplasten für die Elastomer-Zusammensetzung, beispielsweise eine Polyurethan-Komponente (hochkristallines, aromatisches Polyurethan vom Ethertyp), die einen Erweichungsbereich aufweist, der über 120°C beginnt, sind Laminate und damit Verdeckstoffe herstellbar, die die oben genannten Anforderungen erfüllen.

Für andere Anwendungsfälle, wie beispielsweise Luftschiffe, wählt man vorteilhafterweise eine aliphatische Polyurethan-Komponente, die sich durch hohe Licht- und Wetterbeständigkeit auszeichnet.

In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel im Vergleich zum bisher bekannten Stand der Technik dargestellt. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung der Verbindung von zwei Laminaten nach dem Stand der Technik und

2 eine schematische Darstellung der Verbindung von zwei erfindungsgemäßen Laminaten.

In 1 sind zwei Laminate 9 gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Sie bestehen jeweils aus Obergewebe 1, Untergewebe 2 und einer Zwischenschicht 3. Diese Laminate 9 sollen durch HF-Schweißen zu einem Verdeckstoff für Cabriodächer verbunden werden. Das Obergewebe 1 besteht aus einem Polyacrylnitril, das Untergewebe 2 aus einem Polyester. Die Zwischenschicht 3, die auch als Gummierung bezeichnet wird, wird von einem Elastomer 8 gebildet. Das weit vernetzte System des Elastomers 8 ist in der schematischen Darstellung der 1 angedeutet. Dieses Elastomer 8, z.B. Chloropren, stellt eine Isolierschicht dar. Zwischen beiden Laminaten 9 ist eine Schweißfolie 4 angeordnet. Diese bekannte Schweißfolie 4 besteht in diesem Fall aus PVC und einem Verstärkungsband. PVC ist bestens durch ein elektromagnetisches Feld anregbar und unterstützt damit die Verbindungsbildung beim Schweißen. Von oben und unten wird je eine Schweißelektrode 5 herangeführt und eine hochfrequente (HF) Wechselspannung angelegt. Während des Schweißens wird die Frequenz solange verändert, d.h. erhöht, bis die Energie ausreicht, die Folie zu schmelzen. Zwischen den Elektroden und den Laminaten 9 baut sich dabei ein großes induktives Feld 6 auf, weil aufgrund der zwei durch das Elastomer 8 gebildeten Isolierschichten kein ungehinderter Stromfluss stattfinden kann.

Die hohen Feldspannungen und das breite Feld 6 führen in nachteiliger Weise dazu, dass Schweißspuren oder Salzkristalle, die sich zwar nicht im Bereich der Fügestelle, aber in dessen Nähe befinden, von der Energie des Feldes 6 angeregt und aufgrund ihrer hohen Leitfähigkeit zu Durchbrennungen auf der Oberfläche des Laminats 9 führen.

Vergleicht man nun dazu die erfindungsgemäße Anordnung gemäß 2, so wird deutlich, dass hier nur ein sehr kleines induktives Feld 6 aufgebaut wird. Dargestellt sind ebenfalls zwei Laminate 9 bestehend aus Obergewebe 1, Untergewebe 2 und Zwischenschicht 3, wobei die HF-Schweißung unter Zwischenlegung einer Schweißfolie 4 erfolgt. Als Obergewebe 1 ist ebenfalls ein Polyacrylnitril und als Untergewebe 2 ein Polyester gewählt. Auch die Schweißfolie 4 ist vergleichbar mit dem Stand der Technik und besteht aus PVC und einem Verstärkungsband. Die Zwischenschicht 3 ist aus der erfindungsgemäßen Zusammensetzung aufgebaut, nämlich aus Thermoplastkörnern 7, homogen verteilt in dem Elastomer 8. Das weitmaschige Netz des Elastomer 8 ist von Chloropren gebildet und als Thermoplastkörner 7 sind 7 Gew.% einer aromatischen Polyurethan-Komponente des Ethertyps eingesetzt. Die gewählten Polyurethan-Partikel sind hochkristallin, haben eine Korngröße von 30 bis 50 &mgr;m und erweichen in einem Schmelzbereich von 125 bis 140°C.

Werden nun die HF-Elektroden 5 herangeführt und ein hochfrequentes Wechselstromfeld angelegt, ist ein kleinerer induktiver Fluss notwendig, um die beiden Laminate 9 zu verbinden. Die PU-Partikel 7 werden durch das elektromagnetische Feld angeregt, absorbieren einen Teil der Energie des Feldes, wodurch sie sich erwärmen und ebenso ihre Umgebung. Beim Zusammendrücken der Elektroden 5 wird eine Verschweißung erzielt, wobei die äußere Schweißnaht ein exzellentes Nahtdesign aufweist. Die Einprägung von Ziernähten kann durch verschiedene Taktfrequenzen variiert werden.

Die erfindungsgemäßen Laminate erlauben eine HF-Schweißung mit sehr hohen Taktfrequenzen, was wiederum Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit des Prozesses hat.

Der im oben beschriebenen Beispiel erzielte Verbund ist vorteilhafterweise als Verdeckstoff für Cabriodächer einsetzbar und besteht die extremen Wärmeauslagerungstests.

Die dargestellten und vorbeschriebenen Ausführungsformen einer dielektrisch anregbaren Elastomer-Zusammensetzung geben den Erfindungsgegenstand nur beispielsweise wieder, der keinesfalls auf diese Ausführungsform beschränkt ist. Es sind vielmehr noch weitere Ausgestaltungen und Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes denkbar.

1Obergewebe 2Untergewebe 3Zwischenschicht 4Schweißfolie 5HF-Elektrode 6induktives Wechselstromfeld 7Thermoplastkörner 8Elastomer 9Laminat

Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Herstellung eines Verbundes durch Verschweißen von zwei Laminaten (9) mittels eines hochfrequenten (HF) Wechselstromfeldes (6) unter Zwischenlegung einer Schweißfolie (4), wobei jedes Laminat (9) aus einem Obergewebe (1), einer dielektrisch ansprechbaren Zwischenschicht (3) aus einem Gemenge von Elastomeren (8) mit bis zu 20 Gew% darin homogen verteilten Partikeln eines oder mehrerer Thermoplaste (7), und einem Untergewebe (2) besteht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel des Thermoplasten (7) in einer Korngrößenverteilung bis zu 80 &mgr;m, vorzugsweise gleich große Partikel einer Korngröße von 30 bis 50 &mgr;m, verwendet werden.
  3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Thermoplast (7) Partikel eines thermoplastischen Elastomers, vorzugsweise eines Polyurethans, verwendet werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Partikel aliphatischer und/oder aromatischer Polyurethane verwendet werden.
  5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass kristalline und/oder amorphe Partikel verschiedener Thermoplaste (7) verwendet werden.
  6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für die dielektrisch ansprechbare Zwischenschicht (3) als Elastomer (8) Chloropren, ein Fluor-Kautschuk, Nitrilbutadienkautschuk, Butylkautschuk oder Silikon verwendet wird,

    für die Partikel des Thermoplasten (7) aliphatische und/oder aromatische Polyurethane, Polyethylene, Co-Polyamide, Co-Polyester oder Ethylenvinylacetate verwendet werden und

    Additive, vorzugsweise Füllstoffe und/oder Haftvermittler und/oder Farbpigmente und/oder UV-Absorber und/oder Vernetzer und/oder Stabilisatoren und/oder Weichmacher verwendet werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laminate (9) aus einem Obergewebe (1) aus Polyacrylinitril,

    einem Untergewebe (2) aus Polyester und

    einer Zwischenschicht aus einem Gemenge aus Chloropren und 3 bis 15 Gew% an Partikeln einer aromatischen Polyurethankomponente des Ethertyps bestehen, wobei vorwiegend kristalline Polyurethanpartikel der Korngröße 30 bis 50 &mgr;m vorliegen, die einen Erweichungsbereich größer 120°C aufweisen.
  8. Verwendung des nach Anspruch 7 hergestellten Verbundes als Verdeckstoff, insbesondere als Cabrioverdeck.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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