夾層部件及其用途的製作方法
2023-05-13 15:20:46
專利名稱：夾層部件及其用途的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有至少一個預定斷裂點的夾層部件，該夾層部件在受衝擊時至少在所述的斷裂點斷裂，本發明還涉及該部件在汽車領域的應用。
背景技術：
例如，在汽車領域中夾層部件可用作車頂、汽車發動機罩、後備箱蓋、車門或底板組件，並且也可用作負載底盤、後行李架或內部飾件；在這方面，與大而重的結構部件相比，它們的優勢是具有高抗撓剛度的同時具有低的面積重量。尤其是，當將結構部件裝於平面上時，主要在該平面上延伸的部件顯示出高的剛度和強度值。但是，在許多結構部件中，這些在平面上的高強度值是不利的。
例如，作為汽車負載底盤時，當發生追尾碰撞事故時，負載底盤可能不斷裂，而是將碰撞能量傳遞至乘客車廂和乘客。這造成高度潛在的危險。
因此，目前市售的負載底盤如果有必要都帶有凹口或狹縫。在發生事故時，該預定的斷裂點削弱了負載底盤。但是，與此同時負載底盤也通常損失了大比例的抗撓剛度和撓曲強度並且減少了工作負載。
負載底盤中發生碰撞時會破裂的負載底盤的鉸鏈軸的設計是可行的，但是在技術上非常費事。也存在裂開的負載底盤。此時，在不利的負載條件下，整個負載僅停留在一個子片段上，這是不利的。這需要單個片段具有額外的高抗撓剛度。
另外，依據特殊的支承結構件可以確保發生事故時負載底盤會轉向無害的位置。但是不能在每個車輛中都實現這種非常精細的方法。
發明內容
因此，本發明提供了一種結構件，一方面，它表現出低的重量，另一方面，它表現出高的抗撓剛度和撓曲強度，並且另外當發生事故(碰撞、尤其是追尾碰撞)時，不將碰撞能量傳遞至乘客間並且因此而危害乘客。
通過將至少一個預定的斷裂點引入夾層部件從而實現了本發明，由此，當追尾碰撞時，夾層部件在斷裂點處斷裂，以使碰撞的能量不被傳遞(減少了夾層部件在平面內的強度)，而在工作負載下撓曲強度和抗撓剛度保持不變。
以下對本發明的詳細描述會使本發明的這些和其它優點以及有益效果更明顯。
對本發明的描述是為了解釋本發明，而非對本發明的限制。
本發明提供的夾層部件具有至少一個預定的斷裂點，該夾層部件由以下構成a)芯層，優選由至少一層構成，和b)與芯層緊密相連的兩個外層，優選每一層均由至少一層構成，c)任選地，一個或多個位於芯層和外層之間的粘合層。
其中，在夾層部件的第一(張力)側上，夾層部件的至少一部分內包括有至少一個分層構件，並且其中該分層構件設置在位於第一(張力)側上的外層和芯層之間，或包含於夾層部件第一(張力)側上的芯層的第三最外層中。
第一(張力)側是夾層部件在有撓曲負荷時經受張應力的那一側。
對於本發明的外層，可利用散布有塑料(比如聚碳酸酯、聚醯胺、聚氨酯、聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物及其混合物，環氧樹脂、特別是聚氨酯樹脂)的纖維材料，比如玻璃纖維薄氈、玻璃纖維絨頭織物、玻璃纖維無規層、玻璃纖維布、短的或磨碎的玻璃纖維和礦物纖維、天然纖維層、天然纖維編織物、天然短纖維以及纖維毯片、纖維狀絨頭織物和基於聚合物纖維、碳纖維或芳族聚醯胺纖維及其混合物編織的纖維狀編織物。也可利用塑料比如聚碳酸酯、聚醯胺、聚氨酯、聚酯、聚醚、共聚物、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物及其混合物。另外，可利用金屬板、塑料板、木板或膠合板。本發明優選使用具有聚氨酯樹脂的玻璃纖維編織物。
作為芯層，本發明優選使用可熱成形並且熱固性的聚氨酯和熱塑性發泡材料、紙多孔結構、金屬多孔結構或塑料多孔結構(具有多孔結構或波紋結構)。
作為分層構件，具有分離作用(削弱外層和芯層之間的粘合，或削弱張力側的芯層)的分層構件是在(a)在製造夾層部件的過程中原位或(b)隨後加入的，可優選將其設置在外層和芯層之間。
在(a)情況下，適宜的材料包括但不限於紙、紙板、塑料箔和板或金屬板箔片和板、織物、在一側提供粘合層的塑料或金屬箔、木板或膠合板、不透水的織物或天然或合成的紡織織物、以及作為隔離介質和無粘合劑或無連接劑區域的固體或液體膜。當使用粘合層時，無粘合劑的區域例如可作為分層構件。可由分層構件產生無粘合區域或低粘合或不粘合的區域，所述分層構件是在製造被移去的夾層部件的過程中被插入的。
適於(b)情況的是隨後進行的受限於局部的機械或熱分離，比如鋸、切、劈或雷射切割芯層和張力側的外層，以形成不粘合區域。
更優選利用情況(a)所述的分層構件來獲得分離作用。
本發明的夾層部件特別適用於在汽車領域中作為頂部組件、發動機罩、後背箱蓋組件、門組件或底板組件，特別是作為負載底盤、後行李架或內部飾件。
撓曲強度是撓曲負載的極限，超過該極限會導致結構件的失效。
抗撓剛度是結構件對撓曲的抗性。
基於下面的實施例將更詳細地闡述本發明。
具體實施例方式
在對比例1中，對沒有預定斷裂點的樣品板平面(碰撞方向)進行了抗壓測試，在實施例2中，進行了本發明具有預定斷裂點樣品板平面的抗壓測試。在對比例3中，測量了沒有預定斷裂點樣品的抗撓剛度和撓曲強度，並且在實施例4中，測試了本發明具有預定斷裂點樣品的抗撓剛度和撓曲強度。基於抗壓測試的實施例5和6表明如何通過調整本發明預定斷裂點的類型和幾何學來控制斷裂行為。
原材料多元醇1OH值為865的聚醚多元醇，通過將環氧丙烷加在作為引發劑的三羥甲基丙烷上製成。
多元醇2OH值為1000的聚醚多元醇，通過將環氧丙烷加在作為引發劑的三羥甲基丙烷上製成。
多元醇3OH值為42的聚醚多元醇，通過將86％的環氧丙烷和14％的環氧乙烷加在作為引發劑的丙二醇上製成。
聚異氰酸酯異氰酸酯含量為31.5wt％的聚合體MDI(DESMODUR44V20L，Bayer AG)。
穩定劑矽氧烷穩定劑POLYURAX SR242 Osi Crompton WitcoSpecialities，Frankfurt。
催化劑胺催化劑THANCAT AN10，Air Products GmbH，Hattingen。
染料BAYDUR Schwarzpaste DN，Bayer AG，Leverkusen。
聚氨酯配方1多元醇1 30重量份多元醇2 20重量份多元醇3 33重量份催化劑 2.8重量份穩定劑 1.3重量份乙酸 0.3重量份染料 3.3重量份聚異氰酸酯140重量份由多元醇1-3形成的多元醇混合物具有568mg KOH/g的平均OH值。
對比例1(對沒有預定斷裂點樣品的抗壓測試)在由厚度為20mm並且面積重量為1,600g/m2的5/5型波紋板紙多孔結構製成的平面芯層上，在其兩側放置的切碎的玻璃纖維薄氈其面積重量為450g/m2，該薄氈經過了室溫下噴450g/m2聚氨酯配方1的處理。將該夾層部件引入加熱至130℃的平口刀具，並且隨後壓模至19.4mm厚。在壓制180秒之後，打開該刀具並且取出完成的夾層部件。該夾層部件的尺寸達到約1000mm×1000mm。
從由此製成的夾層部件鋸出尺寸為400mm×180mm(長×寬)的三個矩形樣品，樣品的長邊與芯層的紙波紋走向成直角。用通用的張力/抗壓測試機以5mm/min的速度單軸向施壓於這些樣品的正面。因此，壓應力作用在樣品板平面內樣品的較長尺寸方向。該力導致樣品在達到14173N、14093N和1592gN(平均值14731N)時失效。
實施例2(具有預定斷裂點樣品的抗壓測試)將分層構件施加在上述芯層上，該分層構件是Beiersdorf AG製造的，其商品名稱為TESA並且其名稱為TESAMETAL 4500，它由一側塗覆有粘合劑的鋁帶製成。將該分層構件切成15mm寬和1000mm長，並且將其粘在芯層中央與紙波紋走向平行的一側。接著在其兩側放置面積重量為450g/m2的切碎的玻璃纖維薄氈，該薄氈經過了室溫下噴450g/m2聚氨酯配方1的處理。將該夾層部件引入加熱至130℃的平口刀具，並且隨後壓模至19.4mm厚。在壓制180秒之後，打開該刀具並且取出完成的夾層部件。該夾層部件的尺寸達到約1000mm×1000mm。由該板鋸出尺寸為400mm×180mm的三個矩形樣品，樣品的長邊與芯層的紙波紋走向成直角。鋸出樣品的方式是使分層構件位於樣品的中央。除了分層構件外，製造的這些樣品與對比例1的樣品相同。
按照與對比例1類似的方式進行抗壓測試。導致樣品失效的力(斷裂負載)力達到5622N、5106N和5777N(平均值5502N)。與沒有預定斷裂點的夾層部件(對比例1)相比，由於實施例2的預定斷裂點，得到的斷裂負載平均值減少至37％。
對比例3(沒有預定斷裂點樣品的撓曲測試)由對比實施例1所述的夾層部件得到尺寸均為長240mm、寬60mm的五個樣品。波紋狀多孔結構的方向與樣品的長度方向成直角。根據DIN 53293進行彎曲測試。確定的有效抗撓剛度值是80.6×106Nmm2、82.1×106Nmm2、72.1×106Nmm2、75.4×106Nmm2和77.5×106Nmm2(平均值77.5×106Nmm2)。失效時的力達到853.6N、826.4 N、828.7N、845.4N和820.6N(平均值834.9N)。
實施例4(具有預定斷裂點樣品的彎曲測試)由實施例2所述的夾層部件得到尺寸均為長240mm、寬60mm的五個樣品。波紋狀多孔結構的方向與樣品的長度方向成直角，分層構件位於樣品的中間。根據DIN 53293進行彎曲測試。樣品插入測試設備的方式是使分層構件位於樣品的張力側。確定的有效抗撓剛度值是84.3×106Nmm2、76.1×106Nmm2、74.6×106Nmm2、79.2×106Nmm2和72.3×106Nmm2(平均值77.3×106Nmm2)。失效時的力達到875.2N、864.8N、872.2N、849.1N和867.7N(平均值865.8N)。
當分層構件設置在夾層部件第一(張力)側時，具有分層構件和沒有分層構件對應的有效抗撓剛度在測量值的統計變化限度內沒有變化。具有分層構件時(實施例4)導致樣品失效的力不在沒有分層構件時(對比例3)導致樣品失效的力之下。
實施例5(具有預定斷裂點樣品的抗壓測試)按照與實施例2類似的方式用相同的分層構件(TESAMETAL 4500)進行抗壓測試，這次切成35mm寬。導致樣品失效的力(斷裂負載)力達到1838N、1654N和1735N(平均值1742N)。
實施例6(具有預定斷裂點樣品的抗壓測試)按照與實施例2類似的方式用另一個分層構件(Beiersdorf AG製造的商品名稱為TESA、名稱為4304的粘合帶；紙帶的一側塗覆有粘合劑)進行抗壓測試。將分層構件切成35mm寬。導致樣品失效的力(斷裂負載)力達到5146N、5374N和4712N(平均值5077N)。
儘管為了解釋的目的詳細描述了本發明，但是應理解為該詳述僅僅是為了解釋的目的，本領域技術人員不背離所附權利要求書所限定的本發明實質和範圍可作出改變。
權利要求
1.一種夾層部件，它包括a)芯層；和b)與芯層緊密相連的兩個外層，c)任選地，至少一個位於芯層和外層之間的粘合層，其中，在夾層部件的第一(張力)側上，夾層部件的至少一部分內包括分層構件，並且其中該分層構件設置在位於第一(張力)側上的外層和所述芯層之間，或包含於夾層部件第一(張力)側上的芯層的第三最外層中。
2.一種製造頂部組件、發動機罩、後背箱蓋組件、門組件、底板組件、負載底盤、後行李架或內部飾件之一的工藝，其改進在於包括權利要求1的夾層部件。
3.由權利要求2的工藝製成的頂部組件、發動機罩、後背箱蓋組件、門組件、底板組件、負載底盤、後行李架或內部飾件中的一種。
4.權利要求1的夾層部件，其中芯層由至少一層構成。
5.權利要求1的夾層部件，其中兩個外層中的每一層均由至少一層構成。
6.權利要求1的夾層部件，其中兩個外層是由至少一種選自如下的材料製成纖維薄氈、玻璃纖維絨頭織物、玻璃纖維無規層、玻璃纖維布、短的或磨碎的玻璃纖維、短的或磨碎的礦物纖維、天然纖維層、天然纖維編織物、天然短纖維以及纖維毯片、纖維狀絨頭織物和基於聚合物纖維、碳纖維或芳族聚醯胺纖維的纖維狀編織物。
7.權利要求1的夾層部件，其中芯層是由至少一種選自如下的材料製成可熱成形和/或熱固性聚氨酯、熱塑性發泡材料、紙多孔結構、金屬多孔結構和塑料多孔結構。
8.權利要求1的夾層部件，其中分層構件在製造夾層部件的過程中引入。
9.權利要求1的夾層部件，其中分層構件在製造夾層部件之後引入。
全文摘要
本發明涉及一種具體至少一個預定斷裂點的夾層部件，在受衝擊時該夾層部件在該預定斷裂點斷裂。本發明還涉及該夾層部件的應用，尤其是在汽車領域的應用。
文檔編號B32B3/12GK1454772SQ031241
公開日2003年11月12日 申請日期2003年5月6日 優先權日2002年5月2日
發明者K·弗蘭肯, R·保羅 申請人:拜爾公司