具有類似皮革表面的三維模製品的製作方法
2023-05-16 21:15:41
專利名稱：具有類似皮革表面的三維模製品的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於製備具有類似皮革表面的三維鑄造皮層的方法以及利用該方法獲得的模製品。
在汽車工業中，天然纖維的使用不斷增加。其主要用途包括內部空間和車尾行李箱中的剛性修飾件。至今，植物纖維已被專門用作該纖維。迄今為止，除皮革外，幾乎還沒有使用源自動物的纖維，如羊毛、蠶絲或僅僅皮革纖維。
與主要由位於支承機織織物或無紡織物上的PVC或者聚亞胺酯層構成的人造皮革相比，皮革纖維織物的主要成分是從碎革塊中磨製而成的皮革纖維。可用聚合粘合劑(如天然膠乳、聚丙烯酸酯、聚醋酸乙烯酯及其共聚物和各種添加劑)將其保持在一起。織物的特性由產品種類、密度決定，尤其是由皮革纖維和粘合劑的成分決定。由於皮革纖維的效果相當突出，因此可以說，皮革纖維不僅看起來象皮革，而且聞起來和摸起來也象皮革。與皮革相比，由於採用如製造片材的常用生產方法，其性能更加均勻一致。
到二十世紀五十年代末期為止，皮革纖維織物通常在所謂的網框內手工製備，但是在二十世紀六十年代和七十年代，多數工廠轉向在如造紙工業中已知的改進的無端銅網機上進行連續生產。
配方和技術的進一步優化使得能夠覆蓋更寬範圍的厚度和柔性，例如從如紙張一樣薄(即0.3mm)到如膠合板一樣厚(即6mm)。根據其應用，皮革纖維織物或者如一些皮革那樣可被弄皺，或者非常類似於壓板為剛性和堅固的。迄今為止，其應用領域已經從日曆和圖書封面延伸到鞋掌，甚至延伸到汽車內部裝飾領域。
可從「Ullmanns Enzyklopdie der technischen Chemie」，第4輯、第16卷、第174頁中獲知碎革塊的使用。因此，碎革塊可被脫纖維並隨後被處理成皮革纖維材料。其為皮革纖維和粘合劑的單層片材。該皮革纖維材料然後被用於袋狀皮革製品，但是主要用於鞋的生產和工藝皮墊中。例如，碎革塊在粉碎機中被溼法或幹法脫纖維，或者在齒盤磨和精磨機或打漿攪拌器中被溼法脫纖維，其中，纖維的長度從0.1到15mm。已經證實，不溶於水的(特別是天然或合成的)膠漿以及丙烯酸脂、乙烯基酯和異丁烯聚合物及其混合聚合物的分散體可被用作粘合劑。粘合劑的含量在8％和40％之間。在不溶於水的粘合劑的含量比例較高(20到30％)的皮革纖維材料中，粘合劑的特性因此佔主導地位。在粘合劑的含量較低(小於20％)的產品中，織物特性佔主導地位；這種材料更具吸水能力，並且更加類似於皮革。
從DE 34 17 369 C2中可以獲知一種用於生產注射模製複合材料的方法，其中，來自廢舊織物的聚酯棉混合纖維與聚烯烴熔接。然而，如此製備的材料既缺乏足夠的吸水能力，而且缺乏典型的皮革觸感特性。
DE 21 20 149 A1描述了通過粘合劑和由廢料製成的填充物組成的不受天氣影響和不扭轉的金屬板、管、棒和其他模製件，其中，所述廢料包括來自紙、硬紙板件、針織品、棉花、亞麻、合成纖維、皮革、破布、乾草、稻草、樹葉、草、穀殼和果殼、水果和番茄的果核和外皮以及切屑、顆粒、粉末、金屬、聚苯乙烯等的廢料以及來自塑料加工和如黃麻、劍麻或大麻等天然纖維的廢料。其沒有包括所採用的填充物材料的用量的有關信息。
WO 94/02300描述了在汽車領域中具有類似皮革的表面的模製品，基於該模製品，其包括含量高達95％(以重量計)的熱塑性或彈性熱固性材料和粉碎的碎革塊。
相反，本發明的目的是提供一種用於從皮革纖維材料直接製備三維模製品的方法。
上述目的可以通過一種用於製備具有類似皮革表面的三維鑄造皮層的方法實現，其特徵在於，一具有三維模製品的幾何形狀的真空器具的多孔表面被引入一漿料中，所述漿料含有皮革纖維、懸浮劑和粘合劑，通過在該真空器具中施加真空，由該漿料在該真空器具的表面上沉積具有所需層厚的皮革纖維，隨後將該真空器具的表面轉移至一衝壓工具，以壓實皮革纖維層，繼而可選地進行表面輪廓成形(surface profiling)和局部或完全乾燥，以及對皮革纖維表面進行塗飾(修飾)。
主要原料為皮革纖維。根據製革法的種類對其進行初步分類。主要的製革法為鉻鞣法(藍溼皮)和植物鞣法，近來也使用戊二醛鞣法(白溼皮)。鉻鞣纖維佔據最大部分。例如，其可從製革廠以鉻革屑的形式獲得。
牛皮的厚度不均，通常為4至5mm，所需的皮革的厚度通常在大約1mm至1.5mm之間。因此，需要將牛皮劈成幾層，然後藉助於旋轉切割機使其等厚。由於牛皮太柔軟，不通過鞣製法，該過程是不可能的。在完全鞣製之後，因為用於鞣製法的化學製品的主要部分將與革屑一起損失，因而其變得非常昂貴。因此，在牛皮被削勻之前，對其進行初步鞣製，以獲得皮革前身、藍溼皮和革屑。這意味著革屑必須被鞣製、塗脂和染色，這與鞣製過程類似。由於鉻鞣皮革通常特別柔軟和柔韌，因此也可以通過鉻革屑製備特別柔軟的皮革纖維織物。
來自植物鞣法的碎革塊主要以衝壓鞋底所剩下的格柵的形式獲得。這種皮革被完全鞣製，非常堅固，但是也非常僵硬。對於必須具有較高尺寸穩定性的部件來說，其是理想的原材料。相反，在需要柔軟性的場合，則要求更高的配方需求。然而，特別是對於汽車內部裝飾來說，植物鞣法是非常令人關注的，這是因為與鉻鞣法相比，其使得在受到高溫時具有低的收縮率。另外，壓花能力明顯地好於由鉻鞣碎片製得的皮革纖維織物。
戊二醛鞣法主要與其他製革法結合使用，並生產出具有良好熱收縮特性的無鉻皮革。與鉻革屑相比，相應的革屑被鉻鞣得更加軟弱。從白溼革屑製備皮革纖維織物的過程相對緩慢和繁重，並且，至今不能獲得使用鉻革屑所得到的柔軟度。
儘管與非膠原纖維如纖維素、棉纖維或塑料纖維(例如聚醯胺纖維)的混合可以帶來優點，如提高生產速度或者改善機械性能，但是，這些纖維(通常更長)在塗布之後經常導致與表面平滑度有關的問題。另外，皮革特性隨著雜質纖維含量的增加而大大降低。儘管如此，本發明也包括這種雜質纖維的使用。
皮革纖維織物的生產類似於紙張的生產。例如，碎革塊在切割機中被幹法預粉碎，其後被溼磨至所需的纖維長度，優選為0.1至15mm，特別優選為0.2至3mm。此時，顏料和油脂劑也被添加。該油脂劑是特別重要的。油脂和水的乳劑必須以這種方式被穩定化，以使得油脂完全沉積在皮革纖維上，並侵入其毛細管空間內。油脂劑也決定了絮凝度。如果纖維絮凝得太微細，儘管獲得了極好的模製品，並因此獲得優良的表面，但是皮革纖維織物變得太硬。絮凝得太粗糙則會導致良好的平滑度，但是將造成粘連的纖維太少，並因此造成不牢固。當然，油脂劑應具有低的模糊性。
根據本發明，將要採用的漿料中的粘合劑優選由熱塑性材料和/或熱固性材料組成，其特別選自天然橡膠、聚亞胺酯、聚丙烯酸酯，或者丙烯酸脂、乙烯基酯和異丁烯聚合物及其混合聚合物的分散體，或者醋酸乙烯酯。例如，該漿料包含的上述粘合劑的量為10至50％(以重量計)，特別是15至30％(以重量計)。
該粘合劑優選作為膠乳(乳化液)被添加。該膠乳由微小的聚合物顆粒組成，其懸浮在水中。為保持這種懸浮液的穩定性，膠乳顆粒大部分在其表面上帶有電荷。因此，它們相互排斥，因而阻止了團聚和沉澱。如果皮革纖維具有與膠乳顆粒的電荷相反的電荷，這些膠乳顆粒將直接凝結在纖維上。通過優化調節電荷比例，在不向汙水處理廠增加負擔的情況下，可以採用非常大量的粘合劑。
在如此獲得的漿料中，引入一真空器具的多孔表面，該真空器具可具有正或反向形狀，並具有三維模製品的幾何形狀。在該真空器具的表面上，將沉積所需層厚的皮革纖維。一旦所需量的皮革纖維沉積在該真空器具的表面上，帶有粘附到其表面上的皮革纖維的真空器具便被轉移到一衝壓工具上，且該皮革纖維層被脫水並壓實，以及可選地表面成形，在這一步驟或在分離的步驟中，其可選地被局部或完全乾燥，並對其進行表面塗飾。隨後，通過打光和研磨(拋光)使其表面平滑。
與造紙相比，脫水和乾燥更加困難。一方面，皮革纖維脫水更慢；另一方面，皮革纖維必須在非常低的溫度下乾燥。這是因為，皮革將在所謂的收縮溫度下收縮，並由於水解過程而使表面基本角質化。
在塗飾步驟中，皮革纖維織物可提供與皮革相同的外觀。優選通過與用於皮革的相同配方和部分相同的方法進行塗布、著色、印刷和壓花。
根據本發明，特別優選地是採用燒結粉末金屬、陶瓷、泡沫金屬、泡沫塑料或用於製備模製品的網篩等的多孔表面。該多孔表面具有三維模製品(例如機動車輛的扶手或儀錶板)的幾何形狀。
儘管原則上可以採用處於任何懸浮介質中的皮革纖維，但根據本發明，特別優選的是採用水溶漿液。
根據本發明，特別優選地是採用含有以重量百分比計為0.1至10％、特別是為0.5至2％的皮革纖維的漿料。
通過壓花、研磨、等離子處理、電暈處理、噴砂處理、噴丸處理等已知方法，可以獲得將要製備的模製品的所需表面特性。
在本發明的方法中，特別優選地是採用乾燥層厚為0.1至6mm，特別是0.1至2mm，最好為0.3至0.6mm的皮革纖維。對本領域的技術人員來說，很明顯，皮革纖維必須通過高密度的皮革纖維漿料溼法施加，這是因為其在乾燥之後會有一定程度的收縮。術語「乾燥層厚」自然指這些模製品，其例如在70℃下乾燥2分鐘之後仍具有例如15至30％的低殘餘含水量。
在乾燥步驟過程中，粘合劑形成薄膜。這涉及粘合劑的聚合作用、縮聚作用和/或交聯作用。當然，這也導致膠原纖維和任何雜質纖維通過粘合劑的相互交聯作用。
為製備具有複雜幾何形狀的模製品，可以採用帶有用於形成底切部的可移動滑塊的模具。這一技術特別是在用於從熱塑性材料和/或熱固性材料製備相應的模製品的汽車領域是很常見的。
在模製之後，特別是在從模具中取出之後，例如，可以提供帶有泡沫塑料襯裡或注射模製襯裡的模製品。
表面塗飾劑可以已知的方式應用於乾燥後的皮革纖維層上。例如，其可以在乾燥之後通過塗布或噴射到皮革纖維層上和/或在壓實之前塗布或噴射到模具表面上進行。
藉助於本發明，可以製備具有類似皮革表面的大量三維模製品。
根據本發明，特別優選地是，該具有類似皮革表面的模製品包括家具、衣服、附件、安裝部件、薄板和裝飾件，並特別用於汽車領域。在汽車領域，適宜的物品包括底板裝飾件、車身裝飾件、車頂裝飾件、儀錶板裝飾件、開關、變速杆、門把手和/或方向盤罩以及座墊、座椅或後架等。
實踐中，皮革纖維可被應用於光學特性起到重要作用的任何目的。另外，隔音效應也是很重要的。
應用示例示例1(a)製備皮革纖維漿料將以乾燥纖維為基礎的500g的水溶性(含水)皮革纖維漿料與通常的鞣劑和硫酸鋁混合，其中，該所述皮革纖維漿料具有平均纖維長度為1mm的皮革纖維、2％的固體含量以及添加有20％的油脂。這種漿料被加到1000ml的燒杯中。為此，將固體含量為3％的30g的商業可購天然膠乳加到燒杯中。在加入膠乳之後，立即進行2分鐘的混合。
(b)製備模製品一儀錶板模型被浸入根據(a)製備的皮革纖維漿料中。該儀錶板模型由平均孔徑尺寸為0.02mm的多孔陶瓷本體組成。未浸入漿料中的表面不是多孔的。通過從背面抽吸陶瓷本體，部分皮革纖維沉積在陶瓷模製品的表面上。
模製品從皮革纖維漿料中抽出，並維持降低了的壓力。
然後，在下一步的步驟中，儀錶板模型被轉移到一模具中，並通過真空抽吸將沉積的皮革纖維塗層乾燥。
隨後，皮革纖維的暴露表面用PU或皮革工業中已知的其他材料進行塗飾，並用已知的方式被壓制。
權利要求
1.一種用於製備具有類似皮革表面的三維鑄造皮層的方法，其特徵在於將一具有三維模製品的幾何形狀的真空器具的多孔表面引入一漿料中，該漿料含有皮革纖維、懸浮劑、粘合劑和可選的常用添加劑；通過在該真空器具中施加真空，使皮革纖維和粘合劑以所需的層厚沉積在該表面上；隨後將該表面轉移到一衝壓工具上，以壓實該皮革纖維層，繼而可選地進行表面輪廓成形以及局部或完全乾燥，然後可選地在一操作中乾燥，繼而對該皮革纖維表面進行塗飾。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，採用燒結粉末金屬、陶瓷、泡沫金屬、泡沫塑料或網篩的多孔表面。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，採用一水溶性漿料。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，採用以重量百分比計皮革纖維的含量為0.1至10％、特別是0.5至2％的漿料。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，通過壓花、研磨、等離子處理、電暈處理、噴砂處理或噴丸處理獲得塗飾表面和/或皮革纖維材料的表面特性。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，採用含有長度為0.1至15mm、特別是0.3至3mm的皮革纖維的漿料。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，採用含有熱塑性和/或熱固性粘合劑的漿料，該熱塑性和/或熱固性粘合劑特別選自天然橡膠、聚亞胺酯、聚丙烯酸酯、或者丙烯酸脂、乙烯基酯和異丁烯聚合物及其混合聚合物的分散體、或者醋酸乙烯酯。
8.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，分別以乾燥重量為基礎，採用以重量百分比計粘合劑含量為10至50％、特別是15至30％的漿料。
9.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，皮革纖維以層厚為0.1至6mm、特別是0.1至2mm、最好為0.3至0.6mm的方式施加。
10.如權利要求1到9中任一項所述的方法，其特徵在於，乾燥步驟包括粘合劑的聚合、縮聚、交聯和/或薄膜形成。
11.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，採用具有用於形成底切部的可移動滑塊的模具。
12.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，將皮革纖維層從真空器具的表面上取下，並且該皮革纖維層設有泡沫襯裡或注射模製襯裡。
13.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，塗飾劑被塗布和/或噴射到皮革纖維層上和/或模具表面上。
14.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，採用還包含有非膠原纖維，特別是纖維素、棉和/或塑料纖維的漿料。
15.一種三維模製品，其具有類似皮革的表面，並可根據權利要求1至14中任一項所述的方法獲得。
16.如權利要求15所述的具有類似皮革表面的模製品，其特徵在於，它包括家具、衣服、附件、安裝部件、薄板和裝飾件，並特別用於汽車領域。
17.如權利要求16所述的模製品，其特徵在於，所述用於汽車領域的部件為底板裝飾件、支柱裝飾件、車身裝飾件、門裝飾件、儀錶板裝飾件、開關、變速杆、彈性座墊、座椅、門把手和方向盤罩。
全文摘要
本發明涉及一種用於生產具有類似皮革表面的三維形狀的皮層的方法，並涉及根據該方法獲得的成形本體。
文檔編號C08L89/06GK1659236SQ03812683
公開日2005年8月24日 申請日期2003年5月28日 優先權日2002年6月1日
發明者克裡斯蒂安·克特爾, 梅廷·曼戈爾德, 雷蒙德·皮翁特科夫斯基 申請人:Hp－舍米·佩爾策研究發展公司