DE69717501T3

DE69717501T3 - Verfahren zum herstellen von dekorativen kraftfahrzeuginnenverkleidungen mit vollständiger und lichtstabiler polyurethanelastomerbeschichtung

Info

Publication number: DE69717501T3
Application number: DE69717501T
Authority: DE
Inventors: A. John GARDNER
Original assignee: Intier Automotive Inc
Current assignee: Intier Automotive Inc
Priority date: 1997-01-31
Filing date: 1997-07-08
Publication date: 2011-06-16
Anticipated expiration: 2017-07-09
Also published as: SK104299A3; JP4274585B2; PL340876A1; EP0963283A1; WO1998033634A1; AU3456797A; US6017617A; AU732912B2; EP0963283B2; CA2279455A1; DE69717501T2; CN1247498A; KR20000070675A; EP0963283B1; ES2194204T5; PL183157B1; ES2194204T3; BR9714501A; ATE232781T1; JP2001513711A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kraftfahrzeuginnenausstattungsartikeln, die einen verkleidungsartigen Aufbau bzw. eine paneelartige Struktur enthalten, die zur Anbringung in einem Kraftfahrzeug konstruiert ist, um einen Teil von dessen Innenraum zu bilden, und insbesondere die Herstellung von Kraftfahrzeuginnenausstattungsartikeln, wie Instrumententafeln, Türverkleidungen und Handschuhkastenklappen.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Kraftfahrzeuginnenausstattungsartikel, wie Instrumententafeln, Türverkleidungen, Armstützen, Kopfstützen, Bodenkonsolen, Kniepolster und Handschuhkastenklappen sind konventionell durch Aufbringen eines weichen dekorativen Überzugs über einem in einer Kraftfahrzeugkarosserie montierbaren steifen bzw. starren Substrat konstruiert worden, mit einer zwischen dem dekorativen Überzug und dem steifen Substrat eingefügten Polsterung aus porigem bzw. zelligem Polyurethan. Gewöhnlich wird dem dekorativen Überzug im Bemühen, das Aussehen und Gefühl von echtem Leder zu simulieren, eine vorbestimmte Textur und Farbe verliehen.
Die Herstellung einer selbsttragenden synthetischen Kraftfahrzeuginnenausstattungsartikels mit einem doppelschichtigen dekorativen Überzug ist in der Internationalen Anmeldung WO-A-9323237 an Recticel und insbesondere im Beispiel 2 derselben offenbart. Gemäß dem in der WO-A-9323237 offenbarten Verfahren zur Herstellung dieses Innenausstattungsartikels wird zu Beginn ein lösemitteldispergierter Polyurethanlack als ”Formfarbe” auf eine offene Formfläche bzw. Formoberfläche aufgebracht und wird dann durch Verdunstung des Lösemittels getrocknet. Danach wird auf der Oberfläche der getrockneten Formfarbe eine aus einem zweiteiligen Polyurethanelastomer hergestellte ”Haut” gebildet, indem man spezialisierte Düsen und Auftragssysteme verwendet. In der Praxis sind geeignete Sprühdüsen und Systeme, die verwendet werden können, in der US-A-5028006 und der US-A-5071683 offenbart. Als Nächstes wird eine Polyurethanschaumschicht hergestellt, indem ein Polyurethanreaktionsgemisch gegen die Polyurethanelastomerhaut gesprüht wird. Schließlich wird ein Polyurethan- oder Polyisocyanuratreaktionsgemisch gegen die entgegengesetzte Oberfläche der Polyurethanschaumschicht aufgebracht, um einen steifen synthetischen Träger zu erhalten.
Der kommerzielle Nutzen dieses in der WO-A-9323237 offenbarten, die Formfarbe enthaltenden Doppelschichtüberzugs aus dem Stand der Technik sowie des Verfahrens zur Herstellung desselben ist vernachlässigbar, wie durch die augenblickliche kommerzielle Aktivität von Recticel, dem Inhaber der WO-A-9323237, ersichtlich. Recticel nutzt in seiner kommerziellen Aktivität keinen Formlack auf Lösemittelbasis. Recticel hat seinen Kunden sogar verboten, seine Formfarbe zu verwenden.
Weiter macht die Bereitstellung des Lacks auf Lösemittelbasis, wie der Formfarbe, dem in der WO-A-9323237 offenbarten vorbereitenden Verfahren mit mehreren Komplikationen und Mängeln das Leben schwer. Zum Beispiel enthalten diese Lacke große Mengen an flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs). Aufgrund der äußerst leicht entflammbaren und explosiven Natur von VOCs unterliegen solche Lacke strengen staatlichen Regulierungen. Ein Befolgen dieser staatlichen Regulierungen macht häufig zusätzliche und teuere Einrichtungen erforderlich, die dazu bestimmt sind, die Arbeitssicherheit zu gewährleisten und einen Schutz gegen Umweltverschmutzung zu bieten. Zum Beispiel müssen zum Umgang mit solchen Lacken ausgestattete Fertigungsanlagen spezielle Sprüheinrichtungen, separate und maßgeschneiderte Sprühzonen und Luftreinigungsanlagen einschließen. Auch müssen sich Arbeiter in spezielle schützende und häufig voluminöse und unhandliche Anzüge kleiden, die feuerbeständig sind und gegen giftige Dämpfe Schutz bieten.
Es besteht daher ein Bedürfnis, ein Verfahren zur Herstellung eines verkleidungsartigen Aufbaus bereitzustellen, das einen mehrschichtigen dekorativen Überzug einschließt, bei dem der verkleidungsartige Aufbau in einer wirkungsvolleren und kostengünstigeren Weise erzeugt werden kann und bei dem der resultierende verkleidungsartige Aufbau ein lederartiges Erscheinungsbild hoher Qualität besitzt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die zuvor erwähnten Probleme zu lösen, die mit dem Stand der Technik sowie dem oben ausgedrückten Bedürfnis verbunden sind. Gemäß Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung wird dieses Ziel erreicht, indem ein Verfahren zur Herstellung eines verkleidungsartigen Aufbaus zur Anbringung in einem Kraftfahrzeug bereitgestellt wird, um einen Teil von dessen Innenraum zu bilden. Der verkleidungsartige Aufbau schließt eine äußere Schicht ein, die eine Außenfläche des Aufbaus bildet, wobei wenigstens ein Teil dieser äußeren Schicht zum Fahrzeuginneren hin frei liegt, sowie ein steifes Substrat, das eine Innenfläche des Aufbaus bildet. Das Substrat ist vom Fahrzeuginnenraum her verborgen, wenn der verkleidungsartige Aufbau im Kraftfahrzeug angebracht ist.
Gemäß einer Ausführungsform dieses Verfahrens werden zumindest die folgenden Schritte ausgeführt, um den verkleidungsartigen Aufbau herzustellen. Als Erstes wird eine wasserdispergierte Zusammensetzung, umfassend wenigstens ein lichtstabiles bzw. lichtbeständiges aliphatisches thermoplastisches Polyurethan, das eine oder mehrere seitenständige funktionelle Hydroxyl- und/oder Carboxylgruppen enthält, ein gewünschtes Farbmittel und ein wärmeaktiviertes reaktives Vernetzungsmonomer auf eine erwärmte Formfläche aufgebracht, die geformt ist, um eine entsprechende Ausbildung der äußeren Schicht festzulegen. Das wärmeaktivierte reaktive Vernetzungsmonomer ist vorzugsweise Carbodiimid. Das lichtstabile thermoplastische Polyurethan und das wärmeaktivierte reaktive Vernetzungsmonomer werden erwärmt, vorzugsweise durch Vorwärmen der Formfläche, und zur Reaktion gebracht, um das thermoplastische Polyurethan mit dem reaktiven Vernetzungsmonomer zu vernetzen. Als Zweites wird die wasserdispergierte Zusammensetzung im Wesentlichen getrocknet, während sie sich auf der Formfläche befindet, um die freiliegende äußere Schicht zu bilden, mit einer Außenfläche, von der wenigstens ein Teil die gewünschte Beschaffenheit, Farbe und Ausbildung des verkleidungsartigen Aufbaus aufweist. Als Drittes wird eine schnell reagierende Zusammensetzung, die wenigstens ein Polyisocyanat und wenigstens ein Polyol enthält, auf eine innere Fläche der äußeren Schicht gesprüht, während sie sich auf der Formfläche befindet, um eine innere Schicht zu bilden, die ein Polyurethanelastomer umfasst, das mit dem Polyurethan der äußeren Schicht über funktionelle Gruppen des wärmeaktivierten reaktiven Vernetzungsmonomers in der äußeren Schicht, die noch nicht reagiert haben, vernetzt wird. Folglich erhält man einen geschichteten Verbundaufbau, der eine chemische Grenzflächen- bzw. Zwischenflächenbindung zwischen der Innenfläche der äußeren Schicht und einer angrenzenden Fläche der inneren Schicht aufweist. Als Viertes wird die innere Schicht mit der chemisch daran zwischenflächengebundenen äußeren Schicht, d. h. der geschichtete Verbundaufbau, mit dem steifen Substrat vereinigt, so dass das steife Substrat dazu dient, die äußere Schicht zu verstärken. Wahlweise kann zwischen der inneren Schicht und dem steifen Substrat eine weiche porige Polyurethanschaumschicht gebildet werden. Folglich bewahrt der verkleidungsartige Aufbau die Beschaffenheit und Farbe des freiliegenden Teils, was das Erscheinungsbild und Gefühl von echtem Leder simulieren kann, sowie die Kompressionsgriffigkeit, die der äußeren Schicht durch die innere Schicht und die wahlweise vorgesehene Zwischenschicht aus weichem porigem Schaum verliehen wird.
Der gemäß dieser Ausführungsform erzeugte geschichtete Verbundaufbau zeigt ausgezeichnete chemische, Abrieb- und Kratzbeständigkeit gegenüber äußeren Einflüssen. Weiter können geeignete Additive in den Verbund eingebracht werden, um den Verbund mit dem für einen solchen verkleidungsartigen Aufbau gewünschten nicht-reflektierenden und glanzarmen Oberflächenerscheinungsbild zu versehen. Außerdem sind sowohl die innere und die äußere Schicht des Verbunds durch eine ausgezeichnete Dehnbarkeit gekennzeichnet, so dass der Verbund über einen weiten Temperaturbereich, wie von –30°C bis 80°C, ein Eindrücken und Biegen wehrend des Gebrauchs aushalten kann, ohne dass eine Rissbildung in der äußeren Schicht verursacht wird.
Die oben ausgedrückten Prinzipien der vorliegenden Erfindung sind auf die Herstellung von allen Arten von verkleidungsartigem Aufbau anwendbar, weisen jedoch eine besondere Anwendbarkeit für Instrumententafeln (auch als Armaturenbretter bezeichnet) und Türverkleidungen auf. Außerdem sind die Prinzipien der vorliegenden Erfindung auf die Herstellung eines jeweiligen verkleidungsartigen Aufbaus für verschiedene Arten von Fahrzeugen anwendbar, einschließlich Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Lieferwagen, Nutzfahrzeuge und andere.
Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlich, welche anhand von Beispielen die Prinzipien der vorliegenden Erfindungen veranschaulichen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die begleitenden Zeichnungen veranschaulichen die vorliegende Erfindung. In diesen Zeichnungen:
ist 1 eine perspektivische, teilweise geschnittene und teilweise in unterbrochenen Linien dargestellte Ansicht einer fertigen, durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellten Fahrzeugtürverkleidung;
2 ist eine perspektivische Ansicht einer fertigen, durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellten Fahrzeuginstrumententafel;
3 ist eine Schnittansicht der Instrumententafel aus 2 entlang der Linie III-III;
4 ist eine Schnittansicht einer Formfläche, die einen Schritt eines Aufbringens einer wasserdispergierten Polyurethanzusammensetzung auf die Formfläche zeigt, während sie erwärmt wird, um eine vernetzte lichtstabile äußere Polyurethanschicht gemäß der vorliegenden Erfindung zu bilden;
5 ist eine Schnittansicht ähnlich 4, die einen Schritt eines Trocknens der äußeren Polyurethanschicht zeigt;
6 ist eine Schnittansicht ähnlich 5, die einen Schritt eines Erhaltens einer inneren Schicht durch Aufsprühen einer schnell reagierenden Zusammensetzung auf eine Innenfläche der äußeren Schicht zeigt, während die äußere Schicht auf der Formfläche festgehalten wird;
7 ist eine Schnittansicht ähnlich 6, die einen Schritt eines Entfernens der Kombination von innerer und äußerer Schicht von der Formfläche zeigt;
8 ist eine Schnittansicht einer zweiten Formfläche, die einen Schritt einer Erhaltens einer verhältnismäßig steifen Polyurethanschaumzwischenschicht durch Aufbringen eines Reaktionsgemischs auf die innere Schicht gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zeigt, während die Kombination von innerer und äußerer Schicht auf einer zweiten Formfläche angeordnet ist; und
9 ist eine Schnittansicht, die einen Schritt eines Vereinigens der Kombination von innerer und äußerer Schicht auf der zweiten Formfläche mit einem vorgeformten verhältnismäßig steifem Substrat zeigt, das auf einer dritten Formfläche angeordnet ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nunmehr spezieller auf die Zeichnungen Bezug nehmend, ist dort in 1 ein verkleidungsartiger Aufbau dargestellt, der eine allgemein durch die Bezugsziffer 10 gekennzeichnete, durch eine Ausführungsform des Verfahrens gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung hergestellte Fahrzeugtürverkleidung umfasst. Die Türverkleidung 10 schließt einen oberen Fensterbrüstungsteil 12 und einen Armstützenteil 14 ein, die dazwischen einen Polsteraufnahmeteil 16 begrenzen. Ein unterer ebener Teppichaufnahmeteil 18 mit einem damit verbundenen Teppichstück 20 ist unterhalb des Armstützenteils 14 angeordnet.
Wie in 1 im Querschnitt dargestellt, weist der verkleidungsartige Aufbau 10 eine zum Fahrzeuginnenraum hin frei liegende Außenfläche 10a und eine Innenfläche 10b auf, die vom Fahrzeuginnenraum her verborgen ist, wenn der verkleidungsartige Aufbau 10 im Kraftfahrzeug angebracht ist. Der verkleidungsartige Aufbau 10 schließt ein steifes Substrat 22 ein, das eine Oberfläche aufweist, welche die Innenfläche 10b des verkleidungsartigen Aufbaus 10 bildet. Der verkleidungsartige Aufbau 10 schließt weiter einen allgemein durch die Bezugsziffer 24 gekennzeichneten geschichteten Verbundaufbau ein, der eine wenigstens einen Teil der frei liegenden Außenfläche 10a des verkleidungsartigen Aufbaus 10 bildende äußere Schicht 26 sowie eine innere Schicht 28 umfasst. Wenigstens ein Teil der äußeren Schicht 26 liegt zum Fahrzeuginnenraum hin frei, obwohl ein Teil der äußeren Schicht durch einen dekorativen oder verdeckenden Gegenstand dem Blick verborgen sein kann. Zum Beispiel ist in 1 der untere ebene Teppichaufnahmeteil 18 der äußeren Schicht 26 vom Teppichstück 20 bedeckt und liegt daher nicht zum Fahrzeuginnenraum hin frei.
Wie in 1 dargestellt, weist die innere Schicht 28, die im Vergleich zur äußeren Schicht 26 verhältnismäßig dick ist, eine Außenfläche 28a auf, die zu einer Innenfläche 26b der äußeren Schicht 26 benachbart und an diese chemisch grenz- bzw. zwischenflächengebunden ist. Wie in 1 weiter dargestellt, verstärkt das steife Substrat 22, das vom Fahrzeuginnenraum her verborgen ist, wenn der verkleidungsartige Aufbau 10 im Kraftfahrzeug angebracht ist, die äußere und innere Schicht 26 und 28. Schließlich ist zwischen die innere Schicht 28 und das steife Substrat 22 eine Zwischenschicht 30 eingefügt, die ein verhältnismäßig steifes (oder halbsteifes) Polyurethanschaumfüllmaterial umfasst.
Wie in 4 dargestellt, verwendet das Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung des oben beschriebenen Artikels eine erste Formkomponente oder ein erstes Formteil 32 mit einer ersten Formfläche 34. Die erste Formkomponente 32 wird vorzugsweise durch elektrolytische Abscheidung von Nickel über einem starren gegossenen Epoxidsubstrat angefertigt, das am Ende des Abscheidungs-/Galvanisierungsvorgangs sekundär entfernt wird, um eine selbsttragende Form hervorzubringen, die sich in einem Werkzeugmodul montieren und kontrollieren lässt. Die erste Formfläche 34 ist geformt, um eine Konfiguration zu bilden, die im Wesentlichen der gewünschten Ausbildung der äußeren Schicht 26 entspricht, und ist genarbt, um eine Textur zu bilden, die im Wesentlichen die gewünschte Textur der äußeren Schicht 26 ergänzt und echtes Leder simuliert.
4 veranschaulicht den ersten Schritt bei der vorliegenden Erfindung, und gemäß diesem Schritt wird die äußere Schicht 26 erhalten, indem eine wasserdispergierte Zusammensetzung 36, vorzugsweise durch Sprühen, auf die erste Formfläche 34 aufgebracht wird. Die wasserdispergierte Zusammensetzung umfasst wenigstens ein lichtstabiles aliphatisches thermoplastisches Polyurethan, das eine oder mehrere seitenständige funktionelle Hydroxyl- und/oder Carboxylgruppen enthält, wenigstens ein gewünschtes Farbmittel, sowie wenigstens ein wärmaktiviertes reaktionsfähiges oder reaktives Vernetzungsmonomer. Carbodiimid (H-N=C=N-H), auch als Cyanamid bekannt, dient vorzugsweise als das wärmeaktivierte reaktive Vernetzungsmonomer. Andere geeignete Vernetzungsmonomere, wie Aziridin, können ebenfalls verwendet werden.
Das Aufbringen der wasserdispergierten Zusammensetzung 36 auf die erwärmte erste Formfläche 34 ruft eine chemische Reaktion zwischen der einen oder den mehreren seitenständigen funktionellen Hydroxyl- und/oder Carboxylgruppen des lichtstabilen thermoplastischen Polyurethans und dem wärmeaktivierten reaktiven Vernetzungsmonomer hervor, wodurch ein vernetztes lichtstabiles Polyurethan erzeugt wird. Die erste Formfläche 34 sollte auf eine ausreichende Temperatur erwärmt werden, um die Vernetzungsreaktion voranzutreiben, jedoch sollte sie nicht so hoch sein, dass eine Abschälung der Zusammensetzung 36 von der Formfläche 34 hervorgerufen wird. Vorzugsweise wird die erste Formfläche 34 auf eine Temperatur in einem Bereich von etwa 60°C (140°F) bis etwa 71,1°C (160°F) erwärmt. Die Erwärmung der ersten Formfläche 34 auf solche erhöhten Temperaturen vor dem Aufbringen der wasserdispergierten Zusammensetzung 36 darauf dient auch dazu, auf die erste Formfläche 34 aufgebrachte Formtrennmittel, wie mikrokristalline Wachs-Formtrennmittel, zu schmelzen und zu dispergieren bzw. zu verteilen. Das Formtrennmittel wird dadurch daran gehindert, sich im feinen Narbendetail der ersten Formfläche 34 anzusammeln.
Die wasserdispergierte Zusammensetzung 36 kann hergestellt werden, indem man das lichtstabile aliphatische thermoplastische Polyurethan und das wärmeaktivierte reaktive Vernetzungsmonomer aus getrennten Speicherkammern in kontinuierlichen dosierten Strömen entnimmt und diese Bestandteile unmittelbar vor einem Kontakt mit der ersten Formfläche 34 mischt. Alternativ können der lichtstabile aliphatische thermoplastische Polyurethan-Bestandteil und der Carbodiimid-Bestandteil bei Raumtemperatur bis zu etwa 24 Stunden vor dem Aufbringen stabil vorgemischt, oder ”eingetopft”, werden. Diese Technik ist deshalb als ”Eintopfen” bekannt, weil das thermoplastische Polyurethan und Carbodiimid bei Raumtemperatur in einem Druckkessel langsam miteinander reagieren. Wenn das Gemisch vor dem Aufbringen auf die erste Formfläche 34 mehr als etwa 24 Stunden lang bei Raumtemperatur eingetopft wird, zeigt das resultierende vernetzte lichtstabile Polyurethan schlechtere Lösemittel- und Verschleißbeständigkeitseigenschaften und Dehnbarkeit.
Sobald das vernetzte lichtstabile Polyurethan auf der ersten Formfläche 34 gebildet worden ist, wird die wasserdispergierte Zusammensetzung 36, die nun das vernetzte lichtstabile Polyurethan enthält, im Wesentlichen getrocknet, während sie auf der ersten Formfläche 34 festgehalten wird, um die äußere Schicht 26 zu erhalten. Wie in 5 dargestellt, kann das vernetzte lichtstabile Polyurethan einer Wärmequelle 40 ausgesetzt werden, um eine Verdunstung des Wassers und Lösemittels daraus hervorzurufen und die äußere Schicht 26 mit einer zur ersten Formfläche 34 benachbarten Außenfläche 26a zu bilden. Obwohl dies in 5 nicht dargestellt ist, ist eine solche Wärmequelle 40 vorzugsweise mit der ersten Form 32 integriert und erwärmt bevorzugt die erste Formfläche 34 auf eine erhöhte Temperatur von etwa 65,6°C (150°F) oder mehr. Wenigstens ein Teil der Außenfläche 26a der äußeren Schicht 26 weist die gewünschte Beschaffenheit, die Farbe und narbenartige Ausbildung der verkleidungsartigen Aufbaus 10 auf. Im Allgemeinen besitzt die äußere Schicht 26 eine Dicke in einem Bereich von etwa 0,0025 cm bis etwa 0,0038 cm (das heißt von etwa 0,001 Inch bis etwa 0,0015 Inch; oder von etwa 1,0 mils bis etwa 1,5 mils).
Das spezielle ausgewählte Farbmittel kann die gewünschte Dicke der äußeren Schicht 26 unmittelbar beeinflussen. Dunklere Farben, wie Grau- und Grünfärbungen, erfordern gewöhnlich nur eine verhältnismäßig kleine Filmdicke, um die Farbe der verborgenen inneren Schicht 28 zu überdecken, während hellere Farben, wie Rot- und Gelbfärbungen, gewöhnlich die Bereitstellung einer im Verhältnis größeren Dicke vorgeben, um eine opake undurchsichtige äußere Schicht 26 zu erhalten, welche die innere Schicht 28 vor dem Blick verbirgt.
Als Nächstes wird die innere Polyurethanelastomerschicht 28, wie in 6 dargestellt, gebildet, indem eine schnell reagierende Zusammensetzung 42 auf die Innenfläche 26b der äußeren Schicht 26 gesprüht wird, während die äußere Schicht 26 in einem im Wesentlichen wasserfreien Zustand auf der ersten Formfläche 34 festgehalten wird. Die schnell reagierende Zusammensetzung 42 enthält wenigstens ein Polyisocyanat und wenigstens ein Polyol, die miteinander reagieren, um die innere Polyurethanelastomerschicht 28 zu bilden. So, wie er hier verwendet wird, schließt der Begriff Elastomer jegliche flexible Polymerzusammensetzung ein, die unter mäßiger Zugspannung dehnbar ist und eine verhältnismäßig hohe Zugfestigkeit und Gedächtnis besitzt, so dass das Elastomer bei Entlastung der Zugspannung in seine ursprünglichen Abmessungen oder in zu seinen ursprünglichen Abmessungen im Wesentlichen gleichartige Abmessungen zurückkehrt und diese wiedererlangt.
Zusätzlich dazu, dass er mit dem Polyisocyanat-Bestandteil reagiert, kann der Polyol-Bestandteil der schnell reagierenden Zusammensetzung 42 eine oder mehrere seitenständige funktionelle Hydroxyl- und/oder Carboxylgruppen enthalten, die mit nicht-umgesetzten funktionellen Gruppen von Carbodiimid in der äußeren Schicht 26, welche nicht mit den seitenständigen funktionellen Gruppen des Polyurethans der äußeren Schicht 26 reagiert haben, hochgradig reaktiv sind. Nicht-umgesetzte funktionelle Gruppen des Carbodiimids dringen in die innere Schicht 28 ein und reagieren mit den seitenständigen funktionellen Gruppen des Polyol-Bestandteils. Infolgedessen vernetzt das Carbodiimid das Polyurethan der äußeren Schicht 26 mit dem Polyurethanelastomer der inneren Schicht 26 und bildet dadurch eine chemische Grenzflächen- bzw. Zwischenflächenbindung zwischen der Innenfläche 26b der äußeren Schicht 26 und der benachbarten Außenfläche 28a der inneren Schicht 28. So erhält man den geschichteten Verbundaufbau 24. Wenn die Vernetzung unter optimalen Vernetzungsbedingungen ausgeführt wird, kann die Grenze zwischen der äußeren und inneren Schicht 26 und 28 des geschichteten Verbundaufbaus 24 visuell undeutlich werden, so dass an der Grenz- bzw. Zwischenfläche der beiden Schichten eine Übergangsphase erscheint. So, wie hier verwendet, schließt eine chemische Zwischenflächenbindung solche Vernetzungsreaktionen ein, bei denen die Zwischenflächengrenze zwischen der äußeren und inneren Schicht 26 und 28 visuell undeutlich ist und die Schichten 26 und 28 untrennbar sind, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Allgemein sollten Vorkehrungen getroffen werden, um sicherzustellen, dass eine ausreichende chemische Zwischenflächenbindung zwischen der Innenfläche 26b der äußeren Schicht 26 und der benachbarten Außenfläche 28a der inneren Schicht 28 erzielt wird. Zum Beispiel kommt, sobald das Carbodiimid durch Wärme aktiviert wird, die Vernetzungsreaktion zwischen dem Carbodiimid und den seitenständigen reaktiven Hydroxyl- und/oder Carboxylgruppen des thermoplastischen Polyurethans innerhalb von Minuten zum Abschluss, wobei im Wesentlichen keine restlichen reaktiven Stellen im Carbodiimid übrig bleiben, um das Polyurethan der äußeren Schicht 26 mit dem Polyol-Bestandteil der schnell reagierenden Zusammensetzung 42 zu vernetzen. Die schnell reagierende Zusammensetzung 42 sollte daher im Allgemeinen innerhalb von sechs Minuten, und vorzugsweise innerhalb von zwei bis vier Minuten, nach Beendigung des Aufbringens der wasserdispergierten Zusammensetzung 36 auf die erste Formfläche 34 aufgesprüht werden. Spürbare Verzögerungen beim Aufsprühen der schnell reagierenden Zusammensetzung 42 können auch bewirken, dass sich die äußere Schicht 26 zusammenzieht und von der ersten Formfläche 34 abschält. Infolge des Abschälens wird die äußere Schicht 26 keine Gestalt aufweisen, die der Konfiguration oder Ausbildung der ersten Formfläche 34 entspricht, und der gesamte Verbund 24 wird als Abfall weggeworfen werden müssen.
Wenn man auf der anderen Seiten dem thermoplastischen Polyurethan der wasserdispergierten Zusammensetzung 36 nicht ausreichend Zeit zum Vernetzen gibt, bevor die schnell reagierende Zusammensetzung 42 darauf aufgesprüht wird, kann die Polyol-Komponente der schnell reagierenden Zusammensetzung 42 eine Kondensationsreaktion mit seitenständigen funktionellen Hydroxyl- und/oder Carboxylgruppen des Polyurethans der äußeren Schicht 26, die noch nicht reagiert haben, eingehen, um Ester- bzw. Etherverbindungen zu bilden. Obwohl eine gewisse Bildung dieser Verbindungen die chemische Zwischenflächenbindung in vorteilhafter Weise verbessern kann, setzen die Kondensationsreaktionen Wasser frei, das in Überschussmengen als Treibmittel wirken kann und in unerwünschter Weise die Porosität der inneren Schicht 28 vergrößern und die chemische Zwischenflächenbindung stören kann.
Die chemische Zwischenflächenbindung wird weiter verbessert, indem man die hochgradig reaktiven Polyol- und Polyisocyanat-Bestandteilkomponenten der schnell reagierenden Zusammensetzung 42 in getrennten Speicherkammern lagert und diese Komponenten auf die Innenfläche 26b der äußeren Schicht 26 sprüht, so dass ein Kontakt zwischen diesen Komponenten vermieden wird, bis das Aufsprühen durchgeführt wird. Ein geeigneter Doppeldüsen-Sprühmechanismus zur Erfüllung dieser Aufgabe ist in der US-A-5028006 und der US-A-5071683 offenbart. Indem man diese Komponenten bis unmittelbar vor dem Aufsprühen getrennt hält, reagiert ein Teil des Polyols mit dem Carbodiimid (und den seitenständigen funktionellen Hydroxyl- und/oder Carboxylgruppen des thermoplastischen Polyurethans) bevor das gesamte Polyol vollständig mit dem Polyisocyanat reagieren kann.
Wegen der hygroskopischen Natur des Polyisocyanat-Bestandteils der schnell reagierenden Zusammensetzung 42 ist es außerdem wichtig, dass die äußere Schicht 26 und die umgebende Atmosphäre (z. B. Feuchtigkeitsgrade) während dieses Aufsprühschrittes im Wesentlichen wasserfrei sind, um eine starke chemische Zwischenflächenbindung zu erhalten. Während kleine Mengen Feuchtigkeit in der äußeren Schicht 26 zurückgehalten werden können, sollte die Konzentration von solcher Feuchtigkeit nicht so groß sein, dass sie es dem Wasser gestattet, die Reaktion zwischen dem Polyol- und Polyisocyanat-Bestandteil der schnell reagierenden Zusammensetzung 42 wesentlich zu stören. Unerwünschte Reaktionen zwischen dem Wasser und dem Polyisocyanat können das stöchiometrische Gleichgewicht zwischen dem Polyol und dem Polyisocyanat stören, wodurch auf dem geschichteten Verbundaufbau 24 örtlich begrenzte Polyolablagerungen zurückbleiben, die nicht reagiert haben. Das Wasser kann auch als Treibmittel dienen, wobei es mit dem Polyisocyanat reagiert und Kohlendioxid freisetzt, welcher der inneren Schicht 28 einen porigen oder zelligen Aufbau verleiht. Überschüssige Mengen an Wasser können auch die durch das Polyol und die restlichen reaktiven Stellen des reaktiven Carbodiimid-Vernetzungsmonomers hervorgerufene Vernetzungsreaktion nachteilig stören.
Die schnell reagierende Zusammensetzung 42 wird vorzugsweise bei einer erhöhten Temperatur auf die Innenfläche 26a der äußeren Schicht 26 aufgebracht, um diese Ziele zu fördern. Geeignete Temperaturen, auf welche die erste Formkomponente 32 erwärmt werden kann, reichen als Beispiel und ohne Einschränkung von etwa 60°C (140°F) bis etwa 71°C (160°F).
Im Allgemeinen kann die innere Schicht 28 eine Dicke in einem Bereich von etwa 0,10 cm bis etwa 0,15 cm (das heißt, von etwa 0,040 Inch bis etwa 0,060 Inch; oder von etwa 40 mils bis etwa 60 mils) aufweisen.
7 veranschaulicht den nächsten Schritt der vorliegenden Erfindung. Wie in 7 dargestellt, wird der geschichtete Verbundaufbau 24 von der ersten Formfläche 34 entformt (d. h. entfernt). Der Entformungsvorgang ist häufig eine verhältnismäßig arbeitsintensive, mühsame und zeitaufwendige Aufgabe. Die Bildung von Tränen im geschichteten Verbundaufbau 24 oder eine übermäßige Dehnung desselben während des Entformens kann den geschichteten Verbundaufbau 24 irreversibel ruinieren und dadurch ein Wegwerfen desselben als Abfall erforderlich machen. Derartige Entformungsprobleme und Unzulänglichkeiten werden durch die Praxis der vorliegenden Erfindung weitgehend beseitigt, da die chemische Zwischenflächenbindung zwischen der äußeren Schicht 26 und der inneren Schicht 28 den geschichteten Verbundaufbau 24 verstärkt, indem sie einer Trennung der äußeren und inneren Schicht 26 und 28 während Entformungsvorgängen entgegenwirkt.
Um die Ablösbarkeit von der ersten Formfläche 34 weiter zu verbessern, kann die Formfläche 34 mit einem Trennmittel vorbehandelt werden. Beispielhafte Trennmittel schließen, ohne Einschränkung, mikrokristalline Wachs-Formtrennmittel mit hohem Molekulargewicht ein, wie das von Chem-Trend, Inc., Howell, Michigan, gelieferte Chem-Trend PRC 7140 oder das ebenfalls von Chem-Trend gelieferte PRC 2006. Diese Formtrennmittel trocknen auf einer erwärmten Form schnell innerhalb von etwa 5 bis etwa 10 Sekunden und bilden eine Trennsperrschicht zwischen der genarbten Formfläche 34 und der äußeren Schicht 26. Man sollte acht geben, die Ansammlung des Formtrennmittels auf der ersten Formfläche 34 oder einen übermäßig hohen Feststoffgehalt im Mittel zu vermeiden, da eine derartige Ansammlung oder ein derartiger übermäßig hoher Feststoffgehalt dazu führt, die Zwickel der dekorativen genarbten Formfläche 34 aufzufüllen, wodurch die Außenfläche des verkleidungsartigen Aufbaus 10 das Erscheinungsbild der feinen haarartig genarbten Ausbildung der Formfläche 34 verliert. Weiter kann die Verwendung von übermäßig viel Formtrennmitteln bewirken, dass die Mittel während des Entformens des Verbundaufbaus 24 von der ersten Formfläche 34 auf den geschichteten Verbundaufbau 24 übertragen werden, was nach dem Entformen zusätzliche Waschbeseitigungs- und Trocknungsschritte erforderlich macht, und folglich zu einem Verlust an Produktivität führt.
Nachdem er von der ersten Formfläche 34 entformt worden ist, kann der geschichtete Verbundaufbau 24, der die Kombination aus der äußeren und inneren Schicht 26 und 28 enthält, mit einer Lichtquelle (nicht dargestellt) auf Fehler geprüft werden, während der geschichtete Verbundaufbau 24 auf einem transparenten Substrat, (nicht dargestellt) angeordnet ist. Solche Fehler sind gewöhnlich als Schönheitsfehler in der äußeren Schicht 26 vorhanden und können das Vorhandensein von Tränen einschließen, sowie von zerbrechlichen oder zerreißbaren Teilen, denen es an ausreichenden Dicken fehlt, um die mit dem Entformen oder den weiteren Verarbeitungsschritten, speziell dem Vereinigungsschritt, verbundenen Beanspruchungen auszuhalten. Wenn sie kleiner und isoliert sind, können derartige örtlich begrenzte Fehler durch nachträglichen Auftrag von zusätzlicher wasserdispergierter Zusammensetzung 36 auf die äußere Schicht 26 geheilt werden. Zudem können kleinere Tränen oder dünne Bereiche unter Verwendung von thermoplastischem wärmeformbarem Polyurethanband auf der Rückseite 28b des geschichteten Verbundaufbaus 24 repariert werden. In vorteilhafter Weise wird dadurch die Notwendigkeit vermieden, dass der gesamte geschichtete Verbundaufbau 24 weggeworfen werden muss. Als Warnhinweis ist jedoch eine nachträgliche Sprühauftragsreparatur der Oberfläche 26a allgemein unerwünscht, und ihr Gebrauch sollte minimiert werden, um örtlich begrenzte Fehler zu korrigieren, da eine nachträgliche Sprühauftragsreparatur das genarbte lederartige Aussehen der Außenfläche 26a der äußeren Schicht 26, das von der ersten Formfläche 34 übernommen wird, zunichte machen kann.
Wie unten ausführlicher erörtert wird, müssen die Schritte des Entformens des geschichteten Verbundaufbaus 24 von der ersten Formfläche 34 und seines Prüfens nicht unmittelbar im Anschluss an die Bildung des geschichteten Verbundaufbaus 24 ausgeführt werden. Zum Beispiel kann der geschichtete Verbundaufbau 24 als Option bis zur Fertigstellung des verkleidungsartigen Aufbaus 10 gegen die erste Formfläche 34 anliegend festgehalten werden.
Nachdem der geschichtete Verbundaufbau 24 von der ersten Formfläche 34 entformt und geprüft ist, wird der geschichtete Verbundaufbau 24 auf einer zweiten Formfläche 52 eines zweiten Formteils 50 platziert. Wie in 8 dargestellt, ist die zweite Formfläche 52 ebenfalls geformt, um eine entsprechende Konfiguration der äußeren Schicht 26 zu bilden. Dann wird, während der Verbundaufbau 24 auf der zweiten Formfläche 52 angeordnet ist, ein reaktives bzw. reaktionsfähiges Gemisch 44 zur Bildung eines halbsteifen porigen Schaums, wie zum Beispiel eines halbsteifen Polyurethanschaums, auf eine Innenfläche 28b der inneren Schicht 28 aufgebracht, um die Zwischenschicht 30 zu bilden. Das reaktionsfähige Gemisch 44 kann zum Beispiel unter Verwendung eines Intensivaufprallmischens und einer Mischkopfdüse aufgebracht werden. Während des Aufbringens des reaktionsfähigen Gemischs 44 wird die zweite Formkomponente 50 im Allgemeinen auf eine Temperatur in einem Bereich von etwa 40°C bis etwa 60°C und bevorzugter in einem Bereich von etwa 40°C bis etwa 50°C erwärmt. Das Gemisch 44, das typischerweise verhältnismäßig viskos ist, befindet sich während des Aufbringens auf die zweite Formkomponente 50 in einem Reaktionsübergangszustand und beginnt innerhalb von Sekunden nach dem Aufbringen aufzuschäumen.
Obwohl die gewünschte Dicke der Zwischenschicht teilweise vom beabsichtigten Gebrauch des verkleidungsartigen Aufbaus 10 abhängt, hat die Zwischenschicht im Allgemeinen eine Dicke in einem Bereich von etwa 5 mm bis etwa 12 mm.
Sobald das reaktionsfähige Gemisch 44 auf den auf der zweiten Formfläche 52 befindlichen geschichteten Verbundaufbau 24 aufgebracht worden ist, wird ein das vorgeformte steife Substrat 22 tragendes drittes zusammenwirkendes Formteil oder Formkomponente 60 in zusammenwirkende Beziehung mit der zweiten Formkomponente 50 bewegt, wie in 9 dargestellt. Die dritte Formkomponente 60 weist eine dritte Formfläche 62 (8) auf, die geformt ist, um die Innenfläche 10b des verkleidungsartigen Aufbaus 10 zu bilden. Danach wird das reaktionsfähige Gemisch 44 geschäumt und ausgehärtet, bevorzugt unter Wärme von ungefähr 43,3°C (110°F) und einem selbst erzeugten Hohlraumdruck von etwa 0,8 atm, um die Zwischenschicht 30 zu bilden. Der halbsteife Polyurethanschaum dient dazu, den geschichteten Verbundaufbau 24 mit dem auf einer dritten Formfläche 62 angeordneten vorgeformten steifen Substrat 22 zu vereinigen. Der verkleidungsartige Aufbau, der die Kombination aus dem geschichteten Verbundaufbau 24, dem steifen Substrat 22 und der Zwischenschicht 30 einschließt, kann dann aus den Formteilen 50 und 60 entnommen werden, und zusätzliche Bestandteile, wie das Teppichstück 20, können befestigt werden.
In seinen breitesten Aspekten können an dem oben erörterten Verfahren mehrere Veränderungen und Abwandlungen verwirklicht werden, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel kann der geschichtete Verbundaufbau 24 und/oder die Zwischenschicht 30 aus dem verborgenen unteren ebenen Teppichaufnahmeteil 18 (oder anderen Teilen, die vom Fahrzeuginnenraum her verborgen sind, wenn der verkleidungsartige Aufbau im Kraftfahrzeug angebracht ist) des in 1 gezeigten resultierenden verkleidungsartigen Aufbaus 10 weggelassen werden, so dass der untere ebene Teppichaufnahmeteil 18 dadurch gekennzeichnet ist, dass er das steife Substrat 22 direkt benachbart zum Teppichstück 20 aufweist.
Gemäß einer anderen Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung kann ein nicht-schäumbarer Kleber ausgewählt werden, um den geschichteten Verbundaufbau 24 mit dem steifen Substrat 22 zu vereinigen.
Gemäß einer noch anderen Ausführungsvariante können mehrere wasserdispergierte Zusammensetzungen, die verschiedene Farbmittel enthalten, jeweils auf verschiedene Teile des verkleidungsartigen Aufbaus aufgebracht werden, um diskret maskierte Farben zu erzeugen. Dort, wo die ausgewählte Farbe oder Farben gewechselt werden sollen, hat man in der Praxis gefunden, dass eine minimale: Stillstandszeit (in der Größenordnung von etwa 0,5 Stunden) erforderlich ist.
Gemäß einer noch anderen Ausführungsvariante kann die äußere Schicht 26 ein Doppelfarbton- oder Mehrfarbton-Erscheinungsbild zeigen. Diese Ausführungsvariante kann zum Beispiel durch abrasive Behandlung eines Teils der Formfläche des Werkzeugs erzielt werden. Je stärker das Ausmaß der abrasiven Behandlung ist, um so matter ist das Erscheinungsbild der äußeren Schicht 26. Ein Doppelfarbton-Erscheinungsbild kann speziell für Instrumententafeln wünschenswert sein, da der obere Bereich einer Instrumententafel im Allgemeinen einen geringen Glanz aufweisen sollte, um Reflexionsvermögen und verschleiernde Blendung zu vermindern.
Es können noch andere Abwandlungen des Verfahrens verwirklicht werden, wie zum Beispiel ein Festhalten des geschichteten Verbundaufbaus 24 in der ersten Formkomponente 32, statt den Aufbau für den Vereinigungsschritt zu entformen und in eine zweite Formkomponente 50 zu überführen. Gemäß einer anderen Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung kann der geschichtete Verbundaufbau 24 in die erste Formkomponente 32 zurückgeführt werden, nachdem er geprüft und behandelt worden ist.
Gemäß einer anderen Variante der vorliegenden Erfindung kann eine sekundäre oder alternative Wärmequelle verwendet werden, um die Reaktion zwischen dem lichtstabilen aliphatischen thermoplastischen Polyurethan und dem wärmeaktivierten reaktiven Vernetzungsmonomer zu aktivieren. Zum Beispiel kann die wasserdispergierte Zusammensetzung 36 vorgewärmt werden, bevor sie auf die erste Formfläche 34 aufgebracht wird, so dass die erste Formfläche 34 nicht erwärmt werden muss, um die Reaktion zwischen dem wärmeaktivierten reaktiven Vernetzungsmonomer und dem lichtstabilen aliphatischen thermoplastischen Polyurethan einzuleiten.
Gemäß einer noch anderen Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung kann das reaktionsfähige Gemisch 44 zur Bildung des halbsteifen Polyurethanschaums 30 auf die Oberfläche des steifen Substrats 22 statt auf den geschichteten Verbundaufbau 24 aufgebracht: werden. Alternativ können die zweite und dritte Formkomponente 50 und 60 zusammenwirkend in Eingriff gebracht werden, um zwischen der Innenfläche 28b der inneren Schicht und der Außenfläche des Substrats 22 einen Hohlraum zu bilden, wobei das reaktionsfähige Gemisch 44 danach zwischen das steife Substrat 22 und den Verbund 24 injiziert wird.
Um das Verfahren der vorliegenden Erfindung weiter zu erhellen, gibt die nachfolgende Erörterung geeignete und bevorzugte Bestandteile und Bedingungen zur Herstellung des Artikels der vorliegenden Erfindung und zur Ausführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung an.
Die wasserdispergierte Zusammensetzung 36, die zur Herstellung der äußeren Schicht 26 verwendet wird, umfasst wenigstens ein lichtstabiles aliphatisches thermoplastisches Polyurethan, wenigstens ein gewünschtes Farbmittel, sowie wenigstens ein reaktives Vernetzungsmonomer. Das lichtstabile aliphatische thermoplastische Polyurethan wird vorzugsweise aus einem aliphatischen thermoplastischen Polyurethan mit hohem Molekulargewicht hergestellt, das seitenständige funktionelle Hydroxyl- und/oder Carboxylgruppen enthält, die mit dem Carbodiimid chemisch reaktiv sind. Das mittlere Molekulargewicht des thermoplastischen Polyurethans liegt vorzugsweise in einem Bereich von etwa 5000 bis etwa 7000 und beträgt bevorzugter etwa 6000). Eine beispielhafte wasserdispergierte Zusammensetzung enthaltend ein thermoplastisches Polyurethan und Carbodiimid kann unter der Handelsbezeichnung JAMESON WVF SERIES FLEXCOAT IMC von C. F. Jameson & Company, Inc., Bradford, Mass. erhalten werden. Das gewünschte Gewichtsverhältnis von thermoplastischem Polyurethan zu Carbodiimid beträgt für diese spezielle Zusammensetzung etwa 8 zu 1 bezüglich Volumen (äquivalentes Verhältnis von 1,44 thermoplastisches Polyurethan zu 1,08 Carbodiimid auf einer Trocken-Basis).
Die wasserdispergierte Zusammensetzung 36 kann hergestellt werden, indem man die thermoplastische Polyurethan-Komponente als kolloidale Lösung in einem Lösemittel, wie N-Methylpyrrolidon, bereitstellt, dann die Lösung durch Zugabe von Wasser, dem Farbmittel und konventionellen Additiven, falls gewünscht, dispergiert. Es kann ausreichend Wasser zugegeben werden, so dass die Lösemittelkonzentration in der wasserdispergierten Zusammensetzung 36 etwa 13,9 Gewichtsprozent und nach dem Trocknen etwa 35 Gewichtsprozent beträgt.
Die wahlweise vorgesehenen Additive in der wasserdispergierten Zusammensetzung 36 können, ohne Einschränkung, eine beliebige Kombination der Nachfolgenden einschließen: Wärme- und Ultraviolettlicht-Stabilisatoren, pH-Stabilisatoren, um einen alkalischen Zustand der Dispersion aufrechtzuerhalten, Weichmacher, Antioxidantien, Mattierungsmittel, oberflächenaktive Stoffe, kolloidale Schutzstoffe, um Partikel in Suspension zu halten, Kohlenstoffruß, thixotrope Mittel (z. B. Hydroxymethylzellulose), und Füllstoffe, wie Tonpartikel.
Die wasserdispergierte Zusammensetzung 36 kann zum Beispiel etwa 20 Gewichtsprozent bis etwa 30 Gewichtsprozent Feststoffe und bevorzugter etwa 24 Gewichtsprozent Feststoffe, etwa 10 Gewichtsprozent bis etwa 80 Gewichtsprozent Wasser und bevorzugter etwa 50 Gewichtsprozent Wasser und etwa 9 bis 15 Gewichtsprozent Lösemittel enthalten, je nach gewünschter Farbe und Additiven. Eine nicht ausreichende Wassermenge in der Zusammensetzung 36 kann die Viskosität der Zusammensetzung 36 beeinträchtigen und somit das Aufbringen der wasserdispergierten Zusammensetzung 36 auf die Formfläche 34 beeinträchtigen. Andererseits kann eine übermäßig große Wassermenge in der Zusammensetzung 36 das Sprühvermögen und die Beschichtungsleistung der wasserdispergierten Zusammensetzung 36 signifikant verändern.
Zu der thermoplastischen Polyurethanlösung wird eine Lösung des Carbodiimids hinzufügt, die als Lösemittel zum Beispiel Glykoletheracetat und/oder Xylol enthalten kann. In kombinierter Form und mit Wärme aktiviert reagiert das reaktive Vernetzungsmonomer vorzugsweise mit den Hydroxyl- und/oder Carboxylgruppen des thermoplastischen Polyurethans, um das thermoplastische Polyurethan mit sich selbst oder mit Polyol-Bestandteilen der schnell regierenden Zusammensetzung 42 zu vernetzen.
Beispielhafte Polyisocyanate, die für die schnell reagierende Zusammensetzung 42 ausgewählt werden können, welche zur Herstellung der inneren Schicht 28 verwendet wird, schließen Polyisocyanate mit geschlossenen aliphatischen Ringstrukturen mit seitenständigen -NCO-Gruppen ein, wie beispielsweise Isophorondiisocyanat, das man unter dem Handelsnamen ISOFAST von Recticel erhalten kann. Ebenfalls geeignet ist Tetramethylxyloldiisocyanat, das unter dem Handelsnamen TMXDI von Texaco erhältlich ist. Nichtlichtstabile aromatische Polyisocyanate sind wegen ihrer geringeren Kosten, besser vorhersagbaren Reaktivität und höheren Reißfestigkeit im Vergleich zu lichtstabilen aliphatischen Polyisocyanaten wünschenswerter.
Geeignete Polyole für diese schnell reagierende Zusammensetzung 42 schließen, ohne Einschränkung, Polyetherpolyole ein, die mittlere Molekulargewichte in einem Bereich von etwa 220 bis etwa 250 aufweisen, und eine oder mehrere seitenständige Hydroxyl- und/oder Carboxylgruppen enthalten (zusätzlich zu primären Hydroxylgruppen), welche mit funktionellen -NH-Gruppen des Carbodiimids, die noch nicht reagiert haben, und den seitenständigen funktionellen Hydroxyl- und/oder Carboxylgruppen des Polyurethans der äußeren Schicht 26 chemisch reagieren können. Ein beispielhaftes Polyol ist POLYFAST von Recticel.
Die schnell reagierende Zusammensetzung 42 kann auch geeignete Additive enthalten, einschließlich, als Beispiel und ohne Einschränkung, eine beliebige Kombination der Nachfolgenden: Wärme- und Ultraviolettlicht-Stabilisatoren, pH-Stabilisatoren, Antioxidantien, Mattierungsmittel, oberflächenaktive Stoffe, Kahlenstoffruß, Kettenverlängerer (z. B. Ethylenglykol), thixotrope Mittel (z. B. amorphes Siliziumdioxid), Füllstoffe, wie Tonpartikel, und Katalysatoren, wie Zinnkatalysatoren (z. B. Dibutylzinndilaurat).
Verschiedene Mischungen von Polyetherpolyolen und Polyisocyanaten mit geeigneten Elastizitätseigenschaften können verwendet werden, um den halbsteifen Polyurethanschaum der Zwischenschicht 30 zu bilden. Zum Beispiel kann die Polyisocyanatmischung Methylendiisocyanat enthalten. Der halbsteife Polyurethanschaum kann ebenfalls geeignete Additive enthalten, einschließlich, als Beispiel und ohne Einschränkung, eine beliebige Kombination der Nachfolgenden: oberflächenaktive Stoffe, Antioxidantien, Füllstoffe, Stabilisatoren, Katalysatoren, wie Zinnkatalysatoren (z. B. Dibutylzinndilaurat) und tertiäre Amine (z. B. Diethanolamin) und kleine Mengen an Schäumungsmitteln, wie Wasser. In dieser Hinsicht wird angemerkt, dass die Kondensationsreaktion zwischen den Mischungen von Polyolen und Polyisocyanaten Wasser freisetzt, das mit dem Polyisocyanat reagiert, um Kohlendioxid zu erzeugen und dadurch der Zwischenschicht 30 den porigen Aufbau zu verleihen. Dementsprechend kann ein leichter stöchiometrischer Überschuss an Polyol vorgesehen werden, um den halbsteifen Polyurethanschaum zu bilden.
Das steife Substrat 22 kann aus einem beliebigen Material ausgewählt werden, das die geforderte Festigkeit besitzt, um die äußere Schicht 26, die innere Schicht 28 und die Zwischenschicht 30 zu verstärken und anzubringen. Geeignete Materialien schließen ein beliebiges Material mit ausreichender Steifigkeit ein, um es zu gestatten, den Verbund in einer Kraftfahrzeug-Unterkonstruktion anzubringen, einschließlich, als Beispiel, spritzgegossene Thermoplaste, wie, ohne Einschränkung, ein Styrol-Maleinsäureanhydrid (SMA), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polycarbonate (PC), eine Legierung von ABS-PC, verstärkte reaktionsspritzgegossene Polyurethane (RRIM), Metalle, Metall-Legierungen, Holz-Faser-Verbundstoffe oder eine beliebige Kombination derselben.
Obwohl das Verfahren der vorliegenden Erfindung oben in Verbindung mit der Herstellung einer Türverkleidung verkörpert worden ist, versteht sich, dass das Verfahren in gleicher Weise auf andere verkleidungsartige Aufbauten bzw. paneelartige Strukturen anwendbar ist, einschließlich zum Beispiel Instrumententafeln, Armstützen, Kopfstützen, Bodenkonsolen, Kniepolster und Handschuhkastenklappen. Zum Beispiel kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um die in den 2 bzw. 3 in perspektivischer und Querschnittsansicht veranschaulichte Instrumententafel herzustellen, die allgemein durch die Bezugsziffer 100 gekennzeichnet ist. Die Instrumententafel 100 ist in 3 im Querschnitt dargestellt und schließt ein steifes Substrat 122, eine äußere Schicht 126 und eine innere Schicht 128 (gemeinsam ein allgemein durch die Bezugsziffer 124 gekennzeichneter geschichteter Verbundaufbau) sowie eine Zwischenschicht 130 ein.
Die vollständigen Offenbarungen von jeglichen United States oder ausländischen Patenten oder Patentanmeldungen, die oben erwähnt oder zitiert sind, werden hiermit durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung aufgenommen.
Es wird somit sichtbar, dass die Ziele und Prinzipien dieser Erfindung vollständig und wirkungsvoll erfüllt worden sind. Es wird jedoch erkennbar, dass die vorangehenden bevorzugten speziellen Ausführungsformen zum Zweck dieser Erfindung dargestellt und beschrieben worden sind und ohne Abweichung von solchen Prinzipien Veränderungen unterliegen. Daher schließt diese Erfindung sämtliche vom Umfang der beigefügten nachfolgenden Ansprüche umfassten Variationen, Abwandlungen und Verbesserungen ein.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Verkleidungsaufbaus zur Anbringung in einem Kraftfahrzeug, um einen Teil von dessen Innenraum zu bilden, wobei der Verkleidungsaufbau ein steifes Substrat und einen geschichteten Verbundaufbau aufweist, wobei das steife Substrat von dem Fahrzeuginnenraum verborgen ist, wenn der Verkleidungsaufbau in dem Kraftfahrzeug angebracht ist, wobei der geschichtete Verbundaufbau eine äußere Schicht, die wenigstens einen Teil einer wenigstens teilweise freiliegenden Außenfläche des Verkleidungsaufbaus bildet, und eine innere Schicht umfasst, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Aufbringung einer wasserdispergierten Zusammensetzung auf eine erste Formfläche, die eine Form aufweist, die komplementär zu einer Außenfläche der äußeren Schicht ist, wobei die wasserdispergierte Zusammensetzung wenigstens ein lichtstabiles aliphatisches thermoplastisches Polyurethan, das wenigstens eine funktionelle Seitengruppe enthält, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus funktionellen Hydroxyl- und Carboxylgruppen besteht, wenigstens ein Farbmittel und ein wärmeaktiviertes reaktives Vernetzungsmonomer umfasst; Aufbringung einer ausreichenden Wärme zur Induzierung einer teilweisen Vernetzung des lichtstabilen aliphatischen thermoplastischen Polyurethans mit dem wärmeaktivierten reaktiven Vernetzungsmonomer; die wasserdispergierte Zusammensetzung wird im Wesentlichen getrocknet, während sie sich auf der ersten Formfläche befindet, um die äußere Schicht zu bilden; Sprühen einer schnell reagierenden Zusammensetzung, die wenigstens ein Polyisocyanat und wenigstens ein Polyol enthält, auf eine innere Fläche der äußeren Schicht, während sich diese auf der ersten Formfläche befindet, um die innere Schicht zu bilden, die ein Polyurethanelastomer umfasst, das mit dem Polyurethan und der äußeren Schicht über restliche funktionelle Gruppen des wärmeaktivierten reaktiven Vernetzungsmonomers, die noch nicht reagiert haben, vernetzt wird, wodurch der geschichtete Verbundaufbau geformt wird, der eine chemische Zwischenflächenbindung zwischen der Innenfläche der äußeren Schicht und einer angrenzenden Fläche der inneren Schicht aufweist; und Vereinigen des geschichteten Verbundaufbaus mit dem steifen Substrat, so dass das steife Substrat zur Verstärkung der äußeren Schicht dient, während die Beschaffenheit, die Farbe und die Ausbildung des freigelegten Abschnitts beibehalten werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das wärmeaktivierte reaktive Vernetzungsmonomer ein Carbodiimid ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das wenigstens eine Polyol ein oder mehrere funktionelle Hydroxyl-, Carboxyl- oder Hydroxyl- und Carboxylseitengruppen enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, außerdem umfassend die Schritte Überführen des geschichteten Verbundaufbaus aus der ersten Formfläche zu einer zweiten Formfläche und Vereinigung des geschichteten Verbundaufbaus mit dem steifen Substrat, das auf einer dritten Formfläche vorgesehen ist, wobei der Vereinigungsschritt das Aufbringen eines reaktionsfähigen Gemisches auf den geschichteten Verbundaufbau, während sich dieser auf der zweiten Formfläche befindet, das Anordnen der zweiten und dritten Formfläche, so dass der geschichtete Verbundaufbau und das steife Substrat zusammen einen Formraum für eine Aufnahme des reaktionsfähigen Gemisches bildet, und das Schäumen der reaktionsfähigen Mischung umfasst, um einen relativ steifen Polyurethanschaum zu bilden, der das steife Substrat mit dem geschichteten Verbundaufbau verklebt, wobei die Außenschicht durch den relativ steifen Polyurethanschaum und die Innenschicht mit einer Kompressionsgriffigkeit versehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, außerdem umfassend die Schritte Überführen des geschichteten Verbundaufbaus von der ersten Formfläche zu einer transparenten Fläche einer Halteplattform, Erfassung und Verstärkung zerbrechlicher Abschnitte des geschichteten Verbundaufbaus, um einen Defekt desselben während des Vereinigungsschritts zu verhindern, Überführen des geschichteten Verbundaufbaus von der transparenten Fläche zu einer zweiten Formfläche, und Bereitstellen des steifen Substrats auf einer dritten Formfläche, die eine Form aufweist, die komplementär zur Innenfläche des Verkleidungsaufbaus ist, wobei der Vereinigungsschritt das Aufbringen eines reaktionsfähigen Gemisches auf den geschichteten Verbundaufbau, während sich dieser auf der zweiten Formfläche befindet, die Anordnung der zweiten und der dritten Formfläche, so dass der geschichtete Verbundaufbau und das steife Substrat zusammen einen Formraum für eine Aufnahme des reaktionsfähigen Gemisches bilden, und das Schäumen des reaktionsfähigen Gemisches umfasst, um einen relativ steifen Polyurethanschaum zu bilden, der das steife Substrat mit dem geschichteten Verbundaufbau verklebt, wobei die Außenschicht durch den relativ steifen Polyurethanschaum und die Innenschicht mit einer Kompressionsgriffigkeit versehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Trockenschritt durch Verdampfung des Wassers aus der wasserdispergierten Zusammensetzung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die äußere Schicht eine Dicke in dem Bereich von ungefähr 0,0025 cm (1,0 mils) bis ungefähr 0,0038 cm (1,5 mils) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Innenschicht eine Dicke in dem Bereich von ungefähr 0,10 cm (40 mils) bis ungefähr 0,15 cm (60 mils) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das außerdem den Schritt der Vorbeschichtung der ersten Formfläche mit einem Formtrennmittel aus mikrokristallinem Wachs umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das lichtstabile aliphatische thermoplastische Polyurethan und das wärmeaktivierte reaktive Vernetzungsmonomer sich in einem vorgemischten Zustand befinden, wobei sie bezüglich zueinander für wenigstens 24 Stunden bei Raumtemperatur vor dem Aufbringungsschritt stabil sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die erste Formfläche während des Sprühschrittes erwärmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die erste Formfläche eine Form hat, die komplementär zu einer Außenfläche einer Türverkleidung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die erste Formfläche eine Form aufweist, die komplementär zu einer Außenfläche einer Instrumentenverkleidung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das außerdem die Vorbeschichtung eines Formtrennmittels aus mikrokristallinem Wachs auf die erste Formfläche und das Halten der ersten Formfläche umfasst, wobei die erste Formfläche auf eine Temperatur im Bereich von ungefähr 60°C (140°F) bis ungefähr 71°C (160°F) gesetzt ist, um das Formtrennmittel zu schmelzen und zu dispergieren, und auf der Temperatur gehalten wird, bis der geschichtete Verbundaufbau geformt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das wärmeaktivierte reaktive Vernetzungsmonomer ein Carbodiimid ist.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei dem das wenigstens eine Polyol ein oder mehrere funktionelle Hydroxyl-, Carboxyl- oder Hydroxyl- und Carboxylseitengruppen enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die wasserdispergierte Zusammensetzung eine Wasserkonzentration von 10 Gewichtsprozent bis ungefähr 80 Gewichtsprozent vor dem Erwärmungsschritt hat.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die wasserdispergierte Zusammensetzung eine Lösungsmittelkonzentration von ungefähr 9 Gewichtsprozent bis ungefähr 15 Gewichtsprozent vor dem Erwärmungsschritt hat.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem das Lösungsmittel ein N-Methyl-Pyrrolidon ist.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die wasserdispergierte Zusammensetzung außerdem wenigstens eine Komponente enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Glykol-Ether-Acetat und Xylol besteht.